Go函数式编程以及在Tendermint/Cosmos-SDK中的应用
函数式编程（Functional Programming）实际是非常古老的概念，不过近几年大有越来越流行之势，连很多老牌语言（比如Java）也增加了对函数式编程的支持。本文结合Temdermint/Cosmos-SDK源代码，介绍函数式编程中最重要的一些概念，以及如何使用Go语言进行函数式编程。以下是本文将要讨论的主要内容：
- 一等函数
- 高阶函数
- 匿名函数
- 闭包
- λ表达式
一等函数
如果在一门编程语言里，函数（或者方法、过程、子例程等，各种语言叫法不同）享有一等公民的待遇，那么我们就说这门语言里的函数是一等函数（First-class Function ）。那怎样才能算是“一等公民”呢？简单来说就是和其他数据类型待遇差不多，不会被区别对待。比如说：可以把函数赋值给变量或者结构体字段；可以把函数存在array、map等数据结构里；可以把函数作为参数传递给其他函数；也可以把函数当其他函数的返回值返回；等等。下面结合Cosmos-SDK源代码举几个具体的例子。
普通变量
以auth模块的AccountKeeper为例，这个Keeper提供了一个GetAllAccounts()方法，返回系统中所有的账号：
// GetAllAccounts returns all accounts in the accountKeeper.
func (ak AccountKeeper) GetAllAccounts(ctx sdk.Context) []Account {
accounts := []Account{}
appendAccount := func(acc Account) (stop bool) {
accounts = append(accounts, acc)
return false
}
ak.IterateAccounts(ctx, appendAccount)
return accounts
}
复制代码从代码可以看到，函数被赋值给了普通的变量appendAccount，进而又被传递给了IterateAccounts()方法。
结构体字段
Cosmos-SDK提供了BaseApp结构体，作为构建区块链App的"基础"：
// BaseApp reflects the ABCI application implementation.
type BaseApp struct {
// 省略无关字段
anteHandler sdk.AnteHandler // ante handler for fee and auth
initChainer sdk.InitChainer // initialize state with validators and state blob
beginBlocker sdk.BeginBlocker // logic to run before any txs
endBlocker sdk.EndBlocker // logic to run after all txs, and to determine valset changes
addrPeerFilter sdk.PeerFilter // filter peers by address and port
idPeerFilter sdk.PeerFilter // filter peers by node ID
// 省略无关字段
}
复制代码这个结构体定义了大量的字段，其中有6个字段是函数类型。这些函数起到callback或者hook的作用，影响具体区块链app的行为。下面是这些函数的类型定义：
// cosmos-sdk/types/handler.go
type AnteHandler func(ctx Context, tx Tx, simulate bool) (newCtx Context, result Result, abort bool)
// cosmos-sdk/types/abci.go
type InitChainer func(ctx Context, req abci.RequestInitChain) abci.ResponseInitChain
type BeginBlocker func(ctx Context, req abci.RequestBeginBlock) abci.ResponseBeginBlock
type EndBlocker func(ctx Context, req abci.RequestEndBlock) abci.ResponseEndBlock
type PeerFilter func(info string) abci.ResponseQuery
复制代码Slice元素
Cosmos-SDK提供了Int类型，用来表示256比特整数。下面是从int_test.go文件中摘出来的一个单元测试，演示了如何把函数保存在slice里：
func TestImmutabilityAllInt(t *testing.T) {
ops := []func(*Int){
func(i *Int) { _ = i.Add(randint()) },
func(i *Int) { _ = i.Sub(randint()) },
func(i *Int) { _ = i.Mul(randint()) },
func(i *Int) { _ = i.Quo(randint()) },
func(i *Int) { _ = i.AddRaw(rand.Int63()) },
func(i *Int) { _ = i.SubRaw(rand.Int63()) },
func(i *Int) { _ = i.MulRaw(rand.Int63()) },
func(i *Int) { _ = i.QuoRaw(rand.Int63()) },
func(i *Int) { _ = i.Neg() },
func(i *Int) { _ = i.IsZero() },
func(i *Int) { _ = i.Sign() },
func(i *Int) { _ = i.Equal(randint()) },
func(i *Int) { _ = i.GT(randint()) },
func(i *Int) { _ = i.LT(randint()) },
func(i *Int) { _ = i.String() },
}
for i := 0; i < 1000; i++ {
n := rand.Int63()
ni := NewInt(n)
for opnum, op := range ops {
op(&ni) // 调用函数
require.Equal(t, n, ni.Int64(), "Int is modified by operation. tc #%d", opnum)
require.Equal(t, NewInt(n), ni, "Int is modified by operation. tc #%d", opnum)
}
}
}
复制代码Map值
还是以BaseApp为例，这个包里定义了一个queryRouter结构体，用来表示“查询路由”：
type queryRouter struct {
routes map[string]sdk.Querier
}
复制代码从代码可以看出，这个结构体的routes字段是一个map，值是函数类型，在queryable.go文件中定义：
// Type for querier functions on keepers to implement to handle custom queries
type Querier = func(ctx Context, path []string, req abci.RequestQuery) (res []byte, err Error)
复制代码把函数作为其他函数的参数和返回值的例子在下一小节中给出。
高阶函数
高阶函数（Higher Order Function）听起来很高大上，但其实概念也很简单：如果一个函数有函数类型的参数，或者返回值是函数类型，那么这个函数就是高阶函数。以前面出现过的AccountKeeper的IterateAccounts()方法为例：
func (ak AccountKeeper) IterateAccounts(ctx sdk.Context, process func(Account) (stop bool)) {
store := ctx.KVStore(ak.key)
iter := sdk.KVStorePrefixIterator(store, AddressStoreKeyPrefix)
defer iter.Close()
for {
if !iter.Valid() { return }
val := iter.Value()
acc := ak.decodeAccount(val)
if process(acc) { return }
iter.Next()
}
}
复制代码由于它的第二个参数是函数类型，所以它是一个高阶函数（或者更严谨一些，高阶方法）。同样是在auth模块里，有一个NewAnteHandler()函数：
// NewAnteHandler returns an AnteHandler that checks and increments sequence
// numbers, checks signatures & account numbers, and deducts fees from the first
// signer.
func NewAnteHandler(ak AccountKeeper, fck FeeCollectionKeeper) sdk.AnteHandler {
return func(ctx sdk.Context, tx sdk.Tx, simulate bool) (newCtx sdk.Context, res sdk.Result, abort bool) {
// 代码省略
}
}
复制代码这个函数的返回值是函数类型，所以它也是一个高阶函数。
匿名函数
像上面例子中的NewAnteHandler()函数是有自己的名字的，但是在定义和使用高阶函数时，使用匿名函数（Anonymous Function）更方便一些。比如NewAnteHandler()函数里的返回值就是一个匿名函数。匿名函数在Go代码里面非常常见，比如很多函数都需要使用defer关键字来确保某些逻辑推迟到函数返回前执行，这个时候用匿名函数就很方便。仍然以NewAnteHandler函数为例：
// NewAnteHandler returns an AnteHandler that checks and increments sequence
// numbers, checks signatures & account numbers, and deducts fees from the first
// signer.
func NewAnteHandler(ak AccountKeeper, fck FeeCollectionKeeper) sdk.AnteHandler {
return func(ctx sdk.Context, tx sdk.Tx, simulate bool) (newCtx sdk.Context, res sdk.Result, abort bool) {
// 前面的代码省略
// AnteHandlers must have their own defer/recover in order for the BaseApp
// to know how much gas was used! This is because the GasMeter is created in
// the AnteHandler, but if it panics the context won't be set properly in
// runTx's recover call.
defer func() {
if r := recover(); r != nil {
switch rType := r.(type) {
case sdk.ErrorOutOfGas:
log := fmt.Sprintf(
"out of gas in location: %v; gasWanted: %d, gasUsed: %d",
rType.Descriptor, stdTx.Fee.Gas, newCtx.GasMeter().GasConsumed(),
)
res = sdk.ErrOutOfGas(log).Result()
res.GasWanted = stdTx.Fee.Gas
res.GasUsed = newCtx.GasMeter().GasConsumed()
abort = true
default:
panic(r)
}
}
}() // 就地执行匿名函数
// 后面的代码也省略
}
}
复制代码再比如使用go关键字执行goroutine，具体例子参见定义在cosmos-sdk/server/util.go文件中的TrapSignal()函数：
// TrapSignal traps SIGINT and SIGTERM and terminates the server correctly.
func TrapSignal(cleanupFunc func()) {
sigs := make(chan os.Signal, 1)
signal.Notify(sigs, syscall.SIGINT, syscall.SIGTERM)
go func() {
sig := <-sigs
switch sig {
case syscall.SIGTERM:
defer cleanupFunc()
os.Exit(128 + int(syscall.SIGTERM))
case syscall.SIGINT:
defer cleanupFunc()
os.Exit(128 + int(syscall.SIGINT))
}
}()
}
复制代码闭包
如果匿名函数能够捕捉到词法作用域（Lexical Scope）内的变量，那么匿名函数就可以成为闭包（Closure）。闭包在Cosmos-SDK/Temdermint代码里也可谓比比皆是，以bank模块的NewHandler()函数为例：
// NewHandler returns a handler for "bank" type messages.
func NewHandler(k Keeper) sdk.Handler {
return func(ctx sdk.Context, msg sdk.Msg) sdk.Result {
switch msg := msg.(type) {
case MsgSend:
return handleMsgSend(ctx, k, msg) // 捕捉到k
case MsgMultiSend:
return handleMsgMultiSend(ctx, k, msg) // 捕捉到k
default:
errMsg := "Unrecognized bank Msg type: %s" + msg.Type()
return sdk.ErrUnknownRequest(errMsg).Result()
}
}
}
复制代码从代码不难看出：NewHandler()所返回的匿名函数捕捉到了外围函数的参数k，因此返回的其实是个闭包。
λ表达式
匿名函数也叫做λ表达式（Lambda Expression），不过很多时候当我们说λ表达式时，一般指更简洁的写法。以前面出现过的TestImmutabilityAllInt()函数为例，下面是它的部分代码：
ops := []func(*Int){
func(i *Int) { _ = i.Add(randint()) },
func(i *Int) { _ = i.Sub(randint()) },
func(i *Int) { _ = i.Mul(randint()) },
// 其他代码省略
}
复制代码从这个简单的例子不难看出，Go的匿名函数写法还是有一定冗余的。如果把上面的代码翻译成Python的话，看起来像是下面这样：
ops = [
lambda i: i.add(randint()),
lambda i: i.sub(randint()),
lambda i: i.mul(randint()),
# 其他代码省略
]
复制代码如果翻译成Java8，看起来则是下面这样：
IntConsumer[] ops = new IntConsumer[] {
(i) -> {i.add(randint())},
(i) -> {i.sub(randint())},
(i) -> {i.mul(randint())},
// 其他代码省略
}
复制代码可以看到，无论是Python还是Java的写法，都要比Go简洁一些。当匿名函数/闭包很短的时候，这种简洁的写法非常有优势。目前有一个Go2的提案，建议Go语言增加这种简洁的写法，但是并不知道能否通过以及何时能添加进来。
总结
Go虽然不是存粹的函数式编程语言，但是对于一等函数/高阶函数、匿名函数、闭包的支持，使得用Go语言进行函数式编程非常方便。
本文由CoinEx Chain团队Chase写作，转载无需授权。
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