[Kotlin]研究 Kotlin 的函式宣告、函式型別、匿名函式、Lambda 與高階函式
Kotlin 的「函式」是所謂的「一級函式」,支援「高階函式」的用法,也可宣告「匿名函式」及「巢狀函式」,這些都是近幾年所興起的程式語言特色。
(原本這篇文章只是要整理一下 Kotlin 的函式用法而已,沒想到愈寫愈多!!)
名詞定義
先確認是否了解什麼是表達式? 什麼是敘述式?
Expression (表達式、表示式、運算式)
- 它是一種「值」
- 會傳回結果
- 單獨存在沒有意義
- 可放在「等號」的右邊
- 可做為函式的引數 (Argument)
- 可做為函式的傳回值
- 例如: 數值、字串、布林值、null、運算後的結果、比較後的結果、匿名函式...
Statement (陳述式、敘述式、語句)
- 由會產生「動作」的程式關鍵字及語法所組成的程式碼
- 不會傳回結果
- 例如: 流程式控制制、迴圈、宣告、函式、類別...
其它名詞定義
- Literal: 字面值,例如: 10、3.14、true、null、'A'、"This is a book"...
- Parameter: 參數,函式「宣告」時所輸入的值,例如: fun example(參數) { }
- Argument: 引數,函式「執行」時所引用的值,例如: example(引數)
- Identifier: 識別字,命名變數、函式、類別...時所使用的文字
- Lambda: 一種匿名函式的寫法或概念
Kotlin 函式種類
先看這張整理好的表格:
種類 | 語法 | 速記 | 函式主體 | 本質 | 傳回值 |
---|---|---|---|---|---|
具名函式 | A.敘述式 | fun f():{} | 可多行 | 函式 | return |
B.單一表達式 | fun f()= | 一行 | 函式 | 隱性傳回 | |
匿名函式 | A.仿敘述式 | fun():{} | 可多行 | 物件 | return |
B.單一表達式 | fun()= | 一行 | 物件 | 隱性傳回 | |
C.Lambda | {->} | 可多行 | 物件 | 隱性傳回 | |
函式物件 | f:()->=匿名函式 |
~ | 物件 | ~ |
以下以簡單的 sum() 函式做為範例來看 Kotlin 各種函式的寫法。
- 標記紅色字為函式原本就會使用到的「參數及型別」、藍色字為「函式主體」。
具名函式
A. 敘述式:
- 重點: 以 fun 開頭、函式主體有多行、寫 return 傳回
fun sum (m:Int, n:Int): String { return "Result: ${m + n}" }
B. 單一表達式:
- 重點: 以 fun 開頭、函式主體只能有一行、隱性傳回最後的值
fun sum (m:Int, n:Int): String = "Result: ${m + n}"
呼叫函式與傳遞引數:
println(sum(1, 2)) // Result: 3
匿名函式 (物件)
- 把具名函式裡的函式名稱拿掉
- 好比是「工具人」,把事情做完就可以走了
- 所有的匿名函式都是「表達式」
- 匿名函式的本質是「物件」
A. 仿敘述式:
- 重點: 函式主體有多行、寫 return 傳回
fun(m:Int, n:Int): String { return "Result: ${m + n}" }
B. 單一表達式:
- 重點: 函式主體只能有一行、隱性傳回最後的值
fun(m:Int, n:Int): String = "Result: ${m + n}"
C. Lambda:
- 重點: 僅用大括號來表現函式、函式主體有多行、隱性傳回最後的值、可用 it 取代唯一參數
{ m:Int, n:Int -> "Result: ${m + n}" }
可以看到 Lambda 具有所有匿名函式的優點。但是這些匿名函式有什麼屁用呢? 請接著看下去。
函式物件
在「一級函式」中,函式可以被當作「值」指派給另一個「變數」。Kotlin 的「函式物件」是由「匿名函式」轉化而來的,是將「匿名函式」指派給另一個變數,成為「函式物件」。
函式型別:
Kotlin 是一種「強型別」語言,每一種值都有它的「資料型別」,因此函式物件也有屬於自己的型別,稱之為「函式型別」。
例如,用「資料型別」來宣告一般變數的語法:
var 變數名稱: 資料型別 var 變數名稱: 資料型別 = 值
用「函式型別」來宣告函式物件:
var 函式名稱: 函式型別 var 函式名稱: 函式型別 = 匿名函式
「函式型別」的宣告比較複雜! 因為要識別整個匿名函式的「輸入型別」及「輸出型別」,所以寫做 (輸入型別)->輸出型別。若該匿名函式沒有輸入也沒有輸出則寫做 ()->Unit。
並且,跟原本的變數宣告一樣,只要可以從「等號」的右邊推論出型別,那左邊的函式型別也可以省略不寫 (這裡的「省略不寫」只是程式設計師不用打字上去而已,實際上,編譯器會偷偷幫你把型別補上去)。
以下是將 sum() 範例用「函式型別」改寫成函式物件。
- 標記紫色字為「函式型別」
A. 仿敘述式:
var sum: (Int, Int) -> String = fun(m:Int, n:Int): String { return "Result: ${m + n}" } // 或是省略函式型別: var sum = fun(m:Int, n:Int): String { return "Result: ${m + n}" }
B. 單一表達式:
var sum: (Int, Int) -> String = fun(m:Int, n:Int): String = "Result: ${m + n}" // 或是省略函式型別: var sum = fun(m:Int, n:Int): String = "Result: ${m + n}"
C. Lambda:
var sum: (Int, Int) -> String = { m: Int, n: Int -> "Result: ${m + n}" } // 或是省略函式型別: var sum = { m: Int, n: Int -> "Result: ${m + n}" }
呼叫函式與傳遞引數:
原本函式物件要傳入引數必須用 invoke() 方法,例如:
println(sum.invoke(1, 2)) // Result: 3
但 Kotlin 用語法糖包裝函式物件,讓你用 sum(1, 2) 就可以直接傳入引數:
println(sum(1, 2)) // Result: 3
函式名稱衝突:
Kotlin 允許相同名稱的「具名函式」與「函式物件」同時存在,但具名函式的優先權高於函式物件。執行 functionName() 會呼叫「具名函式」,此時若要呼叫「函式物件」,必須用函式物件原本的 invoke() 方法:
functionName.invoke()
其它用法:
1. 若 Lambda 函式只有一個輸入參數,可用 it 取代:
var inc = { n: Int -> "Result: ${n + 1}" } // 簡化成: var inc = { "Result: ${it + 1}" } println(inc(2)) // Result: 3
2. 巢狀 Lambda:
var sum: (Int, Int) -> (Int, Int) -> String = { m: Int, n: Int -> { x: Int, y: Int -> "Result: ${m + n + x + y}" } } // 或是省略函式型別: var sum = { m: Int, n: Int -> { x: Int, y: Int -> "Result: ${m + n + x + y}" } } println(sum(1, 2)(3, 4)) // Result: 10
3. 可用 :: 將「具名函式」轉成「函式物件」:
// 宣告具名函式 oldSum(): fun oldSum(m:Int, n:Int): String { return "Result: ${m + n}" } println((::oldSum)(1, 2)) // Result: 3 // 將 oldSum() 轉成函式物件: var sum = ::oldSum println(sum(1, 2)) // Result: 3
高階函式
Kotlin 支援所謂的「高階函式」,意思是函式可以作為「參數」傳入另一個函式,也可以被函式作為「傳回值」,而這些特性通常與「匿名函式」與「函式物件」相關。
範例 1
以下的範例是對 Kotlin 既有的 Int 整數型別「擴充」一個名為 check() 的函式,這個函式的功能是「讓你傳入另一個函式」去做你想要的檢查。這個範例可以讓你體會一下「高階函式」的用途,以及各種匿名函式的寫法。
- 說明: 因為以下的範例是為了「擴充」既有的型別,原本的「整數值」即為函式的第一個參數,在函式中是用 this 取代。而後面傳入的匿名函式其實是第二個參數。
- 標記紅字為「匿名函式」。
// 函式宣告 fun Int.check(fx: (Int) -> Boolean): Boolean { return fx(this) }
不專業的圖解:
// 使用匿名函式,判斷整數 7 是否大於 9 // 1. 仿陳述式 println(7.check(fun(n: Int): Boolean { return n > 9 })) // false // 2. 使用表達式 println(7.check(fun(n: Int) = n > 9)) // false // 3. 使用 Lambda println(7.check({ n: Int -> n > 9 })) // false
Lambda 簡化:
當 Lambda 做為函式的「引數」時,還可以有一些簡化:
- 可用 it 取代唯一參數
- 若 Lambda 為最後一個引數,可提取至小括號的後面
- 若 Lamba 為唯一的引數,可省略小括號
因此上面的 Lambda 執行範例可以再簡化如下:
println(7.check({ it > 9 })) // false println(7.check() { it > 9 }) // false println(7.check { it > 9 }) // false
高階函式的好處:
使用高階函式可以讓你任意更換程式邏輯,例如:
println(7.check { it % 2 == 0 }) // 判斷整數 7 是否為偶數 println(12.check { it in 10..100 }) // 判斷整數 12 是否介於 10 ~ 100
範例 2
以下是帶多個參數的範例,最後一個參數為匿名函式。
// 函式宣告 fun Int.demo(text: String, fx: (Int, String) -> Unit): Unit { return fx(this, text) }
不專業的圖解:
// 用 Lambda 傳入的執行結果 5.demo("cars", { n, text -> println("The number of $text is $n") }) // The number of cars is 5 9.demo("cars") { n, text -> println("The number of $text is $n") } // The number of cars is 9
不專業的結論
- 在寫程式時,我們通常會將「具名函式」宣告在程式的獨立區塊,即 main() 的外面,會優先被載入記憶體。
- 「匿名函式」與「函式物件」是宣告在程式要用到的地方,用到時才會建立物件、載入記憶體。
- 多用 Lambda 來寫函式,因為 Lambda 具有多行、簡潔、參數明確的優點。
- 看到「冒號」就會聯想到型別,只要「等號」右邊的型別有宣告清楚,那「等號」左邊的型別可以省略。
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