Python для продвинутых
2026-02-26 23:17 Diff
https://ru.hexlet.io/courses/advanced_python/lessons/python-func-one/theory_unit

Введение

Существует несколько парадигм в программировании, например, ООП, функциональная, императивная, логическая, да много их. Мы будем говорить про функциональное программирование.

Предпосылками для полноценного функционального программирования в Python являются: функции высших порядков, развитые средства обработки списков, рекурсия, возможность организации ленивых вычислений.

Сегодня познакомимся с простыми элементами, а сложные конструкции будут в других уроках.

Теория в теории

Как и в разговоре об ООП, так и о функциональном программировании, мы стараемся избегать определений. Все-таки четкое определение дать тяжело, поэтому здесь четкого определения не будет. Однако! Хотелки для функционального языка выделим:

  • Функции высшего порядка
  • Чистые функции
  • Неизменяемые данные

Это не полный список, но даже этого хватает чтобы сделать "красиво". Если читателю хочется больше, то вот расширенный список:

  • Функции высшего порядка
  • Чистые функции
  • Неизменяемые данные
  • Замыкания
  • Ленивость
  • Хвостовая рекурсия
  • Алгебраические типы данных
  • Pattern matching

Постепенно рассмотрим все эти моменты и как использовать в Python.

А сегодня кратко, что есть что в первом списке.

Чистые функции

Чистые функции не производят никаких наблюдаемых побочных эффектов, только возвращают результат. Не меняют глобальных переменных, ничего никуда не посылают и не печатают, не трогают объектов, и так далее. Принимают данные, что-то вычисляют, учитывая только аргументы, и возвращают новые данные.

Плюсы:

  • Легче читать и понимать код
  • Легче тестировать (не надо создавать «условий»)
  • Надежнее, потому что не зависят от «погоды» и состояния окружения, только от аргументов
  • Можно запускать параллельно, можно кешировать результат

Неизменяемые данные

Неизменяемые (иммутабельные) структуры данных - это коллекции, которые нельзя изменить. Примерно как числа. Число просто есть, его нельзя поменять. Также и неизменяемый массив — он такой, каким его создали, и всегда таким будет. Если нужно добавить элемент — придется создать новый массив.

Преимущества неизменяемых структур:

  • Безопасно разделять ссылку между потоками
  • Легко тестировать
  • Легко отследить жизненный цикл (соответствует data flow)

theory-source

Функции высшего порядка

Функцию, принимающую другую функцию в качестве аргумента и/или возвращающую другую функцию, называют функцией высшего порядка:

Рассмотрели теорию, начнем переходить к практике, от простого к сложному.

Списковые включения или генератор списка

Рассмотрим одну конструкцию языка, которая поможет сократить количество строк кода. Не редко уровень программиста на Python можно определить с помощью этой конструкции.

Пример кода:

Цикл с условием, подобные встречаются не редко. А теперь попробуем эти 5 строк превратить в одну:

Недурно, 5 строк или 1. Причем выразительность повысилась и такой код проще понимать - один комментарий можно на всякий случай добавить.

В общем виде эта конструкция такова:

Стоит понимать, что если код совсем не читаем, то лучше отказаться от такой конструкции.

Анонимные функции или lambda

Продолжаем сокращать количества кода.

Функция:

Функция короткая, а как минимум 2 строки потратили. Можно ли сократить такие маленькие функции? А может не оформлять в виде функций? Ведь, не всегда хочется плодить лишние функции в модуле. А если функция занимает одну строчку, то и подавно. Поэтому в языках программирования встречаются анонимные функции, которые не имеют названия.

Анонимные функции в Python реализуются с помощью лямбда-исчисления и выглядят как лямбда-выражения:

Для программиста это такие же функции и с ними можно также работать.

Чтобы обращаться к анонимным функциям несколько раз, присваиваем переменной и пользуемся на здоровье.

Пример:

Лямбда-функции могут выступать в качестве аргумента. Даже для других лямбд:

Использование lambda

Функции без названия научились создавать, а где использовать сейчас узнаем. Стандартная библиотека предоставляет несколько функций, которые могут принимать в качестве аргумента функцию - map(), filter(), reduce(), apply().

map()

Функция map() обрабатывает одну или несколько последовательностей с помощью заданной функции.

>>> list1 = [7, 2, 3, 10, 12] >>> list2 = [-1, 1, -5, 4, 6] >>> list(map(lambda x, y: x*y, list1, list2)) [-7, 2, -15, 40, 72]

Мы уже познакомились с генератором списков, давайте им воспользуемся, если длина списков одинаковая:

Итак, заметно, что использование списковых включений короче, но лямбды более гибкие. Пойдем дальше.

filter()

Функция filter() позволяет фильтровать значения последовательности. В результирующем списке только те значения, для которых значение функции для элемента истинно:

То же самое с помощью списковых выражений:

reduce()

Для организации цепочечных вычислений в списке можно использовать функцию reduce(). Например, произведение элементов списка может быть вычислено так (Python 2):

Вычисления происходят в следующем порядке:

Цепочка вызовов связывается с помощью промежуточного результата (res). Если список пустой, просто используется третий параметр (в случае произведения нуля множителей это 1):

Разумеется, промежуточный результат необязательно число. Это может быть любой другой тип данных, в том числе и список. Следующий пример показывает реверс списка:

Для наиболее распространенных операций в Python есть встроенные функции:

В Python 3 встроенной функции reduce() нет, но её можно найти в модуле functools.

apply()

Функция для применения другой функции к позиционным и именованным аргументам, заданным списком и словарем соответственно (Python 2):

В Python 3 вместо функции apply() следует использовать специальный синтаксис:

На этой встроенной функции закончим обзор стандартной библиотеки и перейдем к последнему на сегодня функциональному подходу.

Замыкания

Функции, определяемые внутри других функций, представляют собой замыкания. Зачем это нужно? Рассмотрим пример, который объяснит:

Код (вымышленный):

Что можно в коде заметить: в этом коде переменные, которые живут по сути постоянно (т.е. одинаковые), но при этом мы загружаем или инициализируем по несколько раз. В итоге приходит понимание, что инициализация переменной занимает львиную долю времени в этом процессе, бывает что даже загрузка переменных в scope уменьшает производительность. Чтобы уменьшить накладные расходы необходимо использовать замыкания.

В замыкании однажды инициализируются переменные, которые затем без накладных расходов можно использовать.

Научимся оформлять замыкания:

Заключение

В уроке мы рассмотрели базовые понятия ФП, а также составили список механизмов, которые будут рассмотрены в следующих уроках. Поговорили о способах уменьшения количества кода, таких как cписковые включения (генератор списка), lamda функции и их использовании и на последок было несколько слов про замыкания и для чего они нужны.