Go 系列教程 —— 33. 函数是一等公民（头等函数）

 欢迎来到 [Golang 系列教程](https://studygolang.com/subject/2)的第 33 篇。 ## 什么是头等（第一类）函数？ **支持头等函数（First Class Function）的编程语言，可以把函数赋值给变量，也可以把函数作为其它函数的参数或者返回值。Go 语言支持头等函数的机制**。 本教程我们会讨论头等函数的语法和用例。 ## 匿名函数 我们来编写一个简单的示例，把[函数](https://studygolang.com/articles/11892)赋值给一个[变量](https://studygolang.com/articles/11756)。 ```go package main import ( "fmt" ) func main() { a := func() { fmt.Println("hello world first class function") } a() fmt.Printf("%T", a) } ``` [在 playground 上运行](https://play.golang.org/p/Xm_ihamhlEv) 在上面的程序中，我们将一个函数赋值给了变量 `a`（第 8 行）。这是把函数赋值给变量的语法。你如果观察得仔细的话，会发现赋值给 `a` 的函数没有名称。**由于没有名称，这类函数称为匿名函数（Anonymous Function）**。 调用该函数的唯一方法就是使用变量 `a`。我们在下一行调用了它。`a()` 调用了这个函数，打印出 `hello world first class function`。在第 12 行，我们打印出 `a` 的类型。这会输出 `func()`。 运行该程序，会输出： ``` hello world first class function func() ``` 要调用一个匿名函数，可以不用赋值给变量。通过下面的例子，我们看看这是怎么做到的。 ```go package main import ( "fmt" ) func main() { func() { fmt.Println("hello world first class function") }() } ``` [在 playground 上运行](https://play.golang.org/p/c0AjB3g8UEn) 在上面的程序中，第 8 行定义了一个匿名函数，并在定义之后，我们使用 `()` 立即调用了该函数（第 10 行）。该程序会输出： ``` hello world first class function ``` 就像其它函数一样，还可以向匿名函数传递参数。 ```go package main import ( "fmt" ) func main() { func(n string) { fmt.Println("Welcome", n) }("Gophers") } ``` [在 playground 上运行](https://play.golang.org/p/9ttJ5Wi4fj4) 在上面的程序中，我们向匿名函数传递了一个字符串参数（第 10 行）。运行该程序后会输出： ``` Welcome Gophers ``` ## 用户自定义的函数类型 正如我们定义自己的[结构体](https://studygolang.com/articles/12263)类型一样，我们可以定义自己的函数类型。 ```go type add func(a int, b int) int ``` 以上代码片段创建了一个新的函数类型 `add`，它接收两个整型参数，并返回一个整型。现在我们来定义 `add` 类型的变量。 我们来编写一个程序，定义一个 `add` 类型的变量。 ```go package main import ( "fmt" ) type add func(a int, b int) int func main() { var a add = func(a int, b int) int { return a + b } s := a(5, 6) fmt.Println("Sum", s) } ``` [在 playground 上运行](https://play.golang.org/p/n3yPQ7hG7ip) 在上面程序的第 10 行，我们定义了一个 `add` 类型的变量 `a`，并向它赋值了一个符合 `add` 类型签名的函数。我们在第 13 行调用了该函数，并将结果赋值给 `s`。该程序会输出： ``` Sum 11 ``` ## 高阶函数 [wiki](https://en.wikipedia.org/wiki/Higher-order_function) 把高阶函数（Hiher-order Function）定义为：**满足下列条件之一的函数**： - **接收一个或多个函数作为参数** - **返回值是一个函数** 针对上述两种情况，我们看看一些简单实例。 ### 把函数作为参数，传递给其它函数 ```go package main import ( "fmt" ) func simple(a func(a, b int) int) { fmt.Println(a(60, 7)) } func main() { f := func(a, b int) int { return a + b } simple(f) } ``` [在 playground 上运行](https://play.golang.org/p/C0MNwz2TSGU) 在上面的实例中，第 7 行我们定义了一个函数 `simple`，`simple` 接收一个函数参数（该函数接收两个 `int` 参数，返回一个 `a` 整型）。在 `main` 函数的第 12 行，我们创建了一个匿名函数 `f`，其签名符合 `simple` 函数的参数。我们在下一行调用了 `simple`，并传递了参数 `f`。该程序打印输出 67。 ### 在其它函数中返回函数 现在我们重写上面的代码，在 `simple` 函数中返回一个函数。 ```go package main import ( "fmt" ) func simple() func(a, b int) int { f := func(a, b int) int { return a + b } return f } func main() { s := simple() fmt.Println(s(60, 7)) } ``` [在 playground 上运行](https://play.golang.org/p/82y2caejUy8) 在上面程序中，第 7 行的 `simple` 函数返回了一个函数，并接受两个 `int` 参数，返回一个 `int`。 在第 15 行，我们调用了 `simple` 函数。我们把 `simple` 的返回值赋值给了 `s`。现在 `s` 包含了 `simple` 函数返回的函数。我们调用了 `s`，并向它传递了两个 int 参数（第 16 行）。该程序输出 67。 ## 闭包 闭包（Closure）是匿名函数的一个特例。当一个匿名函数所访问的变量定义在函数体的外部时，就称这样的匿名函数为闭包。 看看一个示例就明白了。 ```go package main import ( "fmt" ) func main() { a := 5 func() { fmt.Println("a =", a) }() } ``` [在 playground 上运行](https://play.golang.org/p/6QriMs-zbnf) 在上面的程序中，匿名函数在第 10 行访问了变量 `a`，而 `a` 存在于函数体的外部。因此这个匿名函数就是闭包。 每一个闭包都会绑定一个它自己的外围变量（Surrounding Variable）。我们通过一个简单示例来体会这句话的含义。 ```go package main import ( "fmt" ) func appendStr() func(string) string { t := "Hello" c := func(b string) string { t = t + " " + b return t } return c } func main() { a := appendStr() b := appendStr() fmt.Println(a("World")) fmt.Println(b("Everyone")) fmt.Println(a("Gopher")) fmt.Println(b("!")) } ``` [在 playground 上运行](https://play.golang.org/p/134NiQGPOcS) 在上面程序中，函数 `appendStr` 返回了一个闭包。这个闭包绑定了变量 `t`。我们来理解这是什么意思。 在第 17 行和第 18 行声明的变量 `a` 和 `b` 都是闭包，它们绑定了各自的 `t` 值。 我们首先用参数 `World` 调用了 `a`。现在 `a` 中 `t` 值变为了 `Hello World`。 在第 20 行，我们又用参数 `Everyone` 调用了 `b`。由于 `b` 绑定了自己的变量 `t`，因此 `b` 中的 `t` 还是等于初始值 `Hello`。于是该函数调用之后，`b` 中的 `t` 变为了 `Hello Everyone`。程序的其他部分很简单，不再解释。 该程序会输出： ``` Hello World Hello Everyone Hello World Gopher Hello Everyone ! ``` ## 头等函数的实际用途 迄今为止，我们已经定义了什么是头等函数，也看了一些专门设计的示例，来学习它们如何工作。现在我们来编写一些实际的程序，来展现头等函数的实际用处。 我们会创建一个程序，基于一些条件，来过滤一个 `students` 切片。现在我们来逐步实现它。 首先定义一个 `student` 类型。 ```go type student struct { firstName string lastName string grade string country string } ``` 下一步是编写一个 `filter` 函数。该函数接收一个 `students` 切片和一个函数作为参数，这个函数会计算一个学生是否满足筛选条件。写出这个函数后，你很快就会明白，我们继续吧。 ```go func filter(s []student, f func(student) bool) []student { var r []student for _, v := range s { if f(v) == true { r = append(r, v) } } return r } ``` 在上面的函数中，`filter` 的第二个参数是一个函数。这个函数接收 `student` 参数，返回一个 `bool` 值。这个函数计算了某一学生是否满足筛选条件。我们在第 3 行遍历了 `student` 切片，将每个学生作为参数传递给了函数 `f`。如果该函数返回 `true`，就表示该学生通过了筛选条件，接着将该学生添加到了结果切片 `r` 中。你可能会很困惑这个函数的实际用途，等我们完成程序你就知道了。我添加了 `main` 函数，整个程序如下所示： ```go package main import ( "fmt" ) type student struct { firstName string lastName string grade string country string } func filter(s []student, f func(student) bool) []student { var r []student for _, v := range s { if f(v) == true { r = append(r, v) } } return r } func main() { s1 := student{ firstName: "Naveen", lastName: "Ramanathan", grade: "A", country: "India", } s2 := student{ firstName: "Samuel", lastName: "Johnson", grade: "B", country: "USA", } s := []student{s1, s2} f := filter(s, func(s student) bool { if s.grade == "B" { return true } return false }) fmt.Println(f) } ``` [在 playground 上运行](https://play.golang.org/p/YUL1CqSrvfc) 在 `main` 函数中，我们首先创建了两个学生 `s1` 和 `s2`，并将他们添加到了切片 `s`。现在假设我们想要查询所有成绩为 `B` 的学生。为了实现这样的功能，我们传递了一个检查学生成绩是否为 `B` 的函数，如果是，该函数会返回 `true`。我们把这个函数作为参数传递给了 `filter` 函数（第 38 行）。上述程序会输出： ``` [{Samuel Johnson B USA}] ``` 假设我们想要查找所有来自印度的学生。通过修改传递给 `filter` 的函数参数，就很容易地实现了。 实现它的代码如下所示： ```go c := filter(s, func(s student) bool { if s.country == "India" { return true } return false }) fmt.Println(c) ``` 请将该函数添加到 `main` 函数，并检查它的输出。 我们最后再编写一个程序，来结束这一节的讨论。这个程序会对切片的每个元素执行相同的操作，并返回结果。例如，如果我们希望将切片中的所有整数乘以 5，并返回出结果，那么通过头等函数可以很轻松地实现。我们把这种对集合中的每个元素进行操作的函数称为 `map` 函数。相关代码如下所示，它们很容易看懂。 ```go package main import ( "fmt" ) func iMap(s []int, f func(int) int) []int { var r []int for _, v := range s { r = append(r, f(v)) } return r } func main() { a := []int{5, 6, 7, 8, 9} r := iMap(a, func(n int) int { return n * 5 }) fmt.Println(r) } ``` [在 playground 上运行](https://play.golang.org/p/cs37QwCQ_0H) 该程序会输出： ``` [25 30 35 40 45] ``` 现在简单概括一下本教程讨论的内容： - 什么是头等函数？ - 匿名函数 - 用户自定义的函数类型 - 高阶函数 - 把函数作为参数，传递给其它函数 - 在其它函数中返回函数 - 闭包 - 头等函数的实际用途 本教程到此结束。祝你愉快。 **上一教程 - [panic 和 recover](https://studygolang.com/articles/12785)** **下一教程 - [反射](https://studygolang.com/articles/13178)**