函數(shù)的部分應用和柯里化

上一章重點在于代碼重復：提升現(xiàn)有的函數(shù)功能、或者將函數(shù)進行組合。這一章，我們來看看另外兩種函數(shù)重用的機制：函數(shù)的部分應用(Partial Application of Functions) 、 柯里化(Currying) 。

部分應用的函數(shù)

和其他遵循函數(shù)式編程范式的語言一樣，Scala 允許_部分_應用一個函數(shù)。調(diào)用一個函數(shù)時，不是把函數(shù)需要的所有參數(shù)都傳遞給它，而是僅僅傳遞一部分，其他參數(shù)留空；這樣會生成一個新的函數(shù)，其參數(shù)列表由那些被留空的參數(shù)組成。（不要把這個概念和偏函數(shù)混淆）

為了具體說明這一概念，回到上一章的例子：假想的免費郵件服務，能夠讓用戶配置篩選器，以使得滿足特定條件的郵件顯示在收件箱里，其他的被過濾掉。

Email 類看起來仍然是這樣：

case class Email(
  subject: String,
  text: String,
  sender: String,
  recipient: String)
type EmailFilter = Email => Boolean

過濾郵件的條件用謂詞 Email => Boolean 表示， EmailFilter 是其別名。調(diào)用適當?shù)墓S方法可以生成這些謂詞。

上一章，我們創(chuàng)建了兩個這樣的工廠方法，它們檢查郵件內(nèi)容長度是否滿足給定的最大值或最小值。這一次，我們使用部分應用函數(shù)來實現(xiàn)這些工廠方法，做法是，修改 sizeConstraint ，固定某些參數(shù)可以創(chuàng)建更具體的限制條件：

其修改后的代碼如下：

    type IntPairPred = (Int, Int) => Boolean
    def sizeConstraint(pred: IntPairPred, n: Int, email: Email) =
      pred(email.text.size, n)

上述代碼為一個謂詞函數(shù)定義了別名 IntPairPred ，該函數(shù)接受一對整數(shù)（值 n 和郵件內(nèi)容長度），檢查郵件長度對于 n 是否 OK。

請注意，不像上一章的 sizeConstraint ，這一個并不返回新的 EmailFilter，它只是簡單的用參數(shù)做計算，返回一個布爾值。秘訣在于，你可以部分應用這個 sizeConstraint 來得到一個 EmailFilter 。

遵循 DRY 原則，我們先來定義常用的 IntPairPred 實例，這樣，在調(diào)用 sizeConstraint 時，不需要重復的寫相同的匿名函數(shù)，只需傳遞下面這些：

    val gt: IntPairPred = _ > _
    val ge: IntPairPred = _ >= _
    val lt: IntPairPred = _ < _
    val le: IntPairPred = _ <= _
    val eq: IntPairPred = _ == _

最后，調(diào)用 sizeConstraint 函數(shù)，用上面的 IntPairPred 傳入第一個參數(shù)：

    val minimumSize: (Int, Email) => Boolean = sizeConstraint(ge, _: Int, _: Email)
    val maximumSize: (Int, Email) => Boolean = sizeConstraint(le, _: Int, _: Email)

對所有沒有傳入值的參數(shù)，必須使用占位符 _ ，還需要指定這些參數(shù)的類型，這使得函數(shù)的部分應用多少有些繁瑣。Scala 編譯器無法推斷它們的類型，方法重載使編譯器不可能知道你想使用哪個方法。

不過，你可以綁定或漏掉任意個、任意位置的參數(shù)。比如，我們可以漏掉第一個值，只傳遞約束值 n ：

    val constr20: (IntPairPred, Email) => Boolean =
      sizeConstraint(_: IntPairPred, 20, _: Email)

    val constr30: (IntPairPred, Email) => Boolean =
      sizeConstraint(_: IntPairPred, 30, _: Email)

得到的兩個函數(shù)，接受一個 IntPairPred 和一個 Email 作為參數(shù)，然后利用謂詞函數(shù) IntPairPred 把郵件長度和 20 、 30 比較，只不過比較方法的邏輯 IntPairPred 需要另外指定。

由此可見，雖然函數(shù)部分應用看起來比較冗長，但它要比 Clojure 的靈活，在 Clojure 里，必須從左到右的傳遞參數(shù)，不能略掉中間的任何參數(shù)。

從方法到函數(shù)對象

在一個方法上做部分應用時，可以不綁定任何的參數(shù)，這樣做的效果是產(chǎn)生一個函數(shù)對象，并且其參數(shù)列表和原方法一模一樣。通過這種方式可以將方法變成一個可賦值、可傳遞的函數(shù)！

    val sizeConstraintFn: (IntPairPred, Int, Email) => Boolean = sizeConstraint _

更有趣的函數(shù)

部分函數(shù)應用顯得太啰嗦，用起來不夠優(yōu)雅，幸好還有其他的替代方法。

也許你已經(jīng)知道 Scala 里的方法可以有多個參數(shù)列表。下面的代碼用多個參數(shù)列表重新定義了 sizeConstraint ：

    def sizeConstraint(pred: IntPairPred)(n: Int)(email: Email): Boolean =
      pred(email.text.size, n)

如果把它變成一個可賦值、可傳遞的函數(shù)對象，它的簽名看起來會像是這樣：

    val sizeConstraintFn: IntPairPred => Int => Email => Boolean = sizeConstraint _

這種單參數(shù)的鏈式函數(shù)稱做 柯里化函數(shù) ，以發(fā)明人 Haskell Curry 命名。在 Haskell 編程語言里，所有的函數(shù)默認都是柯里化的。

sizeConstraintFn 接受一個 IntPairPred ，返回一個函數(shù)，這個函數(shù)又接受 Int 類型的參數(shù)，返回另一個函數(shù)，最終的這個函數(shù)接受一個 Email ，返回布爾值。

現(xiàn)在，可以把要傳入的 IntPairPred 傳遞給 sizeConstraint 得到：

    val minSize: Int => Email => Boolean = sizeConstraint(ge)
    val maxSize: Int => Email => Boolean = sizeConstraint(le)

被留空的參數(shù)沒必要使用占位符，因為這不是部分函數(shù)應用。

現(xiàn)在，可以通過這兩個柯里化函數(shù)來創(chuàng)建 EmailFilter 謂詞：

    val min20: Email => Boolean = minSize(20)
    val max20: Email => Boolean = maxSize(20)

也可以在柯里化的函數(shù)上一次性綁定多個參數(shù)，直接得到上面的結果。傳入第一個參數(shù)得到的函數(shù)會立即應用到第二個參數(shù)上：

    val min20: Email => Boolean = sizeConstraintFn(ge)(20)
    val max20: Email => Boolean = sizeConstraintFn(le)(20)

函數(shù)柯里化

有時候，并不總是能提前知道要不要將一個函數(shù)寫成柯里化形式，畢竟，和只有單參數(shù)列表的函數(shù)相比，柯里化函數(shù)的使用并不清晰。而且，偶爾還會想以柯里化的形式去使用第三方的函數(shù)，但這些函數(shù)的參數(shù)都在一個參數(shù)列表里。

這就需要一種方法能對函數(shù)進行柯里化。這種的柯里化行為本質(zhì)上也是一個高階函數(shù)：接受現(xiàn)有的函數(shù)，返回新函數(shù)。這個高階函數(shù)就是 curried ：curried 方法存在于 Function2 、 Function3 這樣的多參數(shù)函數(shù)類型里。如果存在一個接受兩個參數(shù)的 sum ，可以通過調(diào)用 curried 方法得到它的柯里化版本：

    val sum: (Int, Int) => Int = _ + _
    val sumCurried: Int => Int => Int = sum.curried

使用 Funtion.uncurried 進行反向操作，可以將一個柯里化函數(shù)轉換成非柯里化版本。

函數(shù)化的依賴注入

在這一章的最后，我們來看看柯里化函數(shù)如何發(fā)揮其更大的作用。來自 Java 或者 .NET 世界的人，或多或少都用過依賴注入容器，這些容器為使用者管理對象，以及對象之間的依賴關系。在 Scala 里，你并不真的需要這樣的外部工具，語言已經(jīng)提供了許多功能，這些功能簡化了依賴注入的實現(xiàn)。

函數(shù)式編程仍然需要注入依賴：應用程序中上層函數(shù)需要調(diào)用其他函數(shù)。把要調(diào)用的函數(shù)硬編碼在上層函數(shù)里，不利于它們的獨立測試。從而需要把被依賴的函數(shù)以參數(shù)的形式傳遞給上層函數(shù)。

但是，每次調(diào)用都傳遞相同的依賴，是不符合 DRY 原則的，這時候，柯里化函數(shù)就有用了！柯里化和部分函數(shù)應用是函數(shù)式編程里依賴注入的幾種方式之一。

下面這個簡化的例子說明了這項技術：

    case class User(name: String)
    trait EmailRepository {
      def getMails(user: User, unread: Boolean): Seq[Email]
    }
    trait FilterRepository {
      def getEmailFilter(user: User): EmailFilter
    }
    trait MailboxService {
      def getNewMails(emailRepo: EmailRepository)(filterRepo: FilterRepository)(user: User) =
        emailRepo.getMails(user, true).filter(filterRepo.getEmailFilter(user))
      val newMails: User => Seq[Email]
    }

這個例子有一個依賴兩個不同存儲庫的服務，這些依賴被聲明為 getNewMails 方法的參數(shù)，并且每個依賴都在一個單獨的參數(shù)列表里。

MailboxService 實現(xiàn)了這個方法，留空了字段 newMails，這個字段的類型是一個函數(shù)： User => Seq[Email]，依賴于 MailboxService 的組件會調(diào)用這個函數(shù)。

擴展 MailboxService 時，實現(xiàn) newMails 的方法就是應用 getNewMails 這個方法，把依賴 EmailRepository 、 FilterRepository 的具體實現(xiàn)傳遞給它：

    object MockEmailRepository extends EmailRepository {
      def getMails(user: User, unread: Boolean): Seq[Email] = Nil
    }
    object MockFilterRepository extends FilterRepository {
      def getEmailFilter(user: User): EmailFilter = _ => true
    }
    object MailboxServiceWithMockDeps extends MailboxService {
      val newMails: (User) => Seq[Email] =
        getNewMails(MockEmailRepository)(MockFilterRepository) _
    }

調(diào)用 MailboxServiceWithMockDeps.newMails(User("daniel") 無需指定要使用的存儲庫。在實際的應用程序中，這個服務也可能是以依賴的方式被使用，而不是直接引用。

這可能不是最強大、可擴展的依賴注入實現(xiàn)方式，但依舊是一個非常不錯的選擇，對展示部分函數(shù)應用和柯里化更廣泛的功用來說，這也是一個不錯的例子。如果你想知道更多關于這一點的知識，推薦看 Debasish Ghosh 的幻燈片“Dependency Injection in Scala”。

總結

這一章討論了兩個附加的可以避免代碼重復的函數(shù)式編程技術，并且在這個基礎上，得到了很大的靈活性，可以用多種不同的形式重用函數(shù)。部分函數(shù)應用和柯里化，這兩者或多或少都可以實現(xiàn)同樣的效果，只是有時候，其中的某一個會更為優(yōu)雅。下一章會繼續(xù)探討保持靈活性的方法：類型類（type class）。