[比較] 我為何鍾情於用 Scala 做為兵刃（三）

看板PLT (程式語言與理論)作者brianhsu (墳墓)時間14年前 (2011/01/15 18:12)推噓1(1推 0噓 2→)

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三、物件導向與 Functional Programming 的甜蜜相遇選擇的先決條件 -------------- 繼續來說為何 Scala 讓我著迷不已，以至於我鍾情於選擇他做為我的兵刃吧？ Scala 之父 Martin Odersky 曾經將 Scala 歸類為 Postfunctional 的程式語言，也在眾多的演講中，將 Scala 型容成一個 Unifier，是一個將物件導向與 Functional Programing 這兩種編程典範結合的程式語言。其實這樣宣稱的程式語言並不少見－－就光譜上比較靠近物件導向和程序導向這邊的，像是 Python 還有 Ruby 這些程式語言，都支援了一些 Functional Programming 的功能；而光譜另一邊，比較傾向於以 Functional Programming 一端的則有 OCaml 以及微軟的 F# 等。由於我一開始接觸的程式語言就是 C / Pascal / C++ / Java 這類程序式導向及物件導向的程式語言，所以在挑選上述眾多的程式語言時，我很自然地是在物件導向和程序導向這邊尋找。也因為如此，我不敢說光譜另一端的情況如何。但我必須承認，在靠近物件導向和程序導向的這一端中，Scala 是我到目前為止，看過最令我驚訝的一個。我從來沒想過 Functional Programming 竟然可以和物件導向如此合拍，甚至，竟然可以透過物件導向的方式讓我去了解 Functional Programming。畢竟，我當初在學 Haskell 的時候，腦筋根本就轉不過來，一堆東西都無法理解啊。為何說我會認為 Scala 是物件導向和 Functional Programming 的完美結合，以及他可以讓我用物件導向的觀點來看 Functional Programming 呢？純物件導向與超方便的 Singleton ------------------------------ 首先，Scala 是一個純物件導向的程式語言，甚至讓我有點訝異的純－－他竟然沒有 static / class 變數和方法！相對的，他提供了超方便的 singleton 物件： ====================== 我是 Scala 程式分隔線 ========================= object MyObject { var count = 0 def addCount() { count += 1 } } MyObject.addCount() MyObject.addCount() println (MyObject.count) ====================================================================== 猜猜看，MyObject 是什麼東西呢？！答案是－－物件！而且是 Singleton 物件喲，也就是說整個執行期只會存在一份而已。其實這樣的做法和原先的 Java 有一些語意的不同，以致於有時會有小小的不方便，我不知道是不是還有其他的缺點，但我知道的是他有兩項立即的優點： - 不用再告訴學生什麼是 static 變數和方法了，因為我發現我當助教的時候，好多人根本無法理解到底什麼是 static 變數。XD - 你不用再試著實作出正確無誤的 Singleton 模式了，只要一個 object 關鍵字 Scala 通通幫你搞定囉。與物件超級合拍的 High Order Function ------------------------------------ High Order Function 在 Functional Programming 中是非常核心且常用的技巧，幾乎所有的 Functional Programming 程式中都可以見到這樣的用法－－將某個函數當做另一個函數的參數。舉例來說，在 Functional Programming 中，如果我們要試著對 (-1, -2, -3, 0, 1, 2, 3) 這個數列裡的每一個原素做平方，最後再找出大於 5 的有幾個時，做法大致如下： - 宣告一個數列 (-1, -2, -3, 0, 1, 2, 3) - 宣告一個函數，這個函數接受一個整數 n 做為參數，返回整數 n + 1 為結果 - 宣告一個函數，這個函數接受一個整數 n 的參數，n > 5 時為 true，否則為 false - 依序使用 map、filter 這兩個 High Order Function，最後找出結果的數列有多長以下是 Haskell 版的程式碼（看不懂沒關係，下面有 Python 版的）： ====================== 我是 Haskell 程式分隔線 ========================= let xs = [-1, -2, -3, 0, 1, 2, 3] let square n = n * n let isGreaterThan5 n = n > 5 -- 使用 High order function 求解 let result = length (filter isGreaterThan5 (map square xs)) ====================================================================== 當然，既然號稱引入了 Functional Programming 的編程典範，這點小事對於 Python 也不算是什麼，也可以用類似的方式來求解： ====================== 我是 Python 程式分隔線 ========================= xs = [-1, -2, -3, 0, 1, 2, 3] def square(x): return x*x def isGreaterThan5(x): return x > 5 print len(filter(isGreaterThan5, map(square, xs))) ====================================================================== 如果仔細注意的話，會發現這兩個方式都是以函式為主體，其中的每個函式都至少有一個參數是要處理的數列，而閱讀最後一行的方式，是必須先找出最內層的函式呼叫以及他所丟入的參數，再往外一層一層的分析。或許習慣了 Haskell 之類的 Functional Programming 程式語言的人，可以很輕鬆的在一長串的函式呼叫中抽絲剝繭，但我發現自己並不善長這樣的分析。也因為如此，Scala 的做法是讓我比較習慣的：map、filter、length 這些東西，是 List 物件的方法。換句話說，上面的程式，在 Scala 中會長得像下面這樣： ====================== 我是 Scala 程式分隔線 ========================= val xs = List(-1, -2, -3, 0, 1, 2, 3) val square = (n: Int) => n * n val isGreaterThan5 = (n: Int) => n > 5 val result = xs.map(square).filter(isGreaterThan5).length // 上面那行和下面這行等價 // val result = xs.map(n => n * n).filter(n => n > 5).length println (result1) ====================================================================== 如何，如果你也和我已經習慣了物件導向，是不是可以很精楚地說出 result 是怎麼計算出來的呢？！沒錯，直接從左邊往右讀：result 等於 xs 對應 sqaure 再濾出 isGreaterThan5 的東西，最後取得該數列的長度。這裡值得注意的地方，是你會發現，在 Scala 中 square 和 isGreaterThan5 其實和 Haskell 的版本比較接近－－宣告的方式和變數一樣，而不像 Python 版本，是使用宣告函式的語法。會這樣做的原因其實很簡單－－在 Scala 中，函數和 method 是不一樣的， Scala 中的 method 就是單純的 Java method，沒什麼特別的，不過函數的部份就有趣了，我們等下會仔細研究這部份，現在先佔且擱下。再繼續前，為了公平起見，我必須提一下。其實不只 Scala 是用這個方式， Ruby 也是將這些常用的 High order function 當做陣列之類的物件的 method，上面的程式用 Ruby 寫起來可能像這樣： ====================== 我是 Ruby 程式分隔線 ========================= x = [-1, -2, -3, 0, 1, 2, 3] result = x.map{|n| n * n}.select{|x| x > 5}.length puts(result) ====================================================================== 在這邊，因為我不熟 Ruby，所以我只會寫將函數內嵌的版本，但我確定 Ruby 也能寫出和 Scala 一樣將函數放在外面的版本，我曾經看過，不過我忘記怎麼寫了。函數也是物件？咁有影？！ ------------------------ 剛剛我們有提到，Scala 裡的函數和方法是不一樣的東西，在 Scala 中，方法就是一般的 Java 物件的方法，那函數又是什麼呢？！答案是：物件！是滴，你沒看錯，在 Scala 中函數是單單純純的物件，是一個實做了 FunctionN[T1..TN+1] 這個介面（用 Scala 的術語來講是 Trait）的物件。上面那個的程式其實可以寫成下面這樣： ====================== 我是 Scala 程式分隔線 ========================= // new 一個這個 class 出來就是函數了，別懷疑 class Square extends Function1[Int, Int] { override def apply(n: Int) = n * n } class IsGreaterThan5 extends Function[Int, Boolean] { override def apply(n: Int) = n > 5 } val xs = List(-1, -2, -3, 0, 1, 2, 3) val result = xs.map(new Square).filter(new IsGreaterThan5).length println (result) ====================================================================== 看見了吧？我覺得這真的是 Scala 讓我嚇到了的一點，沒料到他竟然會用物件來實作出函數這個東西，而有了上面這樣的對應之後，其實我發現 High order function 忽然之間就變得超級好理解了－－不過就是呼叫了參數物件的 apply 方法嘛！如何，現在有沒有想到如何自己實作出一個類似 map 的東西呢？其實很簡單： ====================== 我是 Scala 程式分隔線 ========================= /** * 將陣列中的每一個元素都套用 func 一次 * * @param xs 要處理的陣列 * @param func 要套用到陣列上的函數 */ def myMap(xs: Array[Int], func: Function[Int, Int]): Array[Int] = { val result = new Array[Int](xs.length) for (i <- 0 until result.length) { result(i) = func.apply(xs(i)) } return result } val xs = Array(1, 2, 3) val square = (n: Int) => n * n val result = myMap(xs, square) ====================================================================== 怎樣，不知道你有沒有發現，沒想到 High Order Function 這個東西，竟然可以用物件導向的概念解釋的一清二楚呢？！至少，我想我到接觸到了 Scala 之後，這才開始了解 High Order Function 到底是怎麼一回事，到底是怎樣運做的。最後，在這一篇中我只提到了 High Order Function 這一點，不過就如同我之前所說過的一樣，Scala 是一個純物件導向的程式語言，所以幾乎 Scala 中的所有 Functional Programming 的概念，都是透過物件導向來當做實作方式的。除了 High Order Function 外，像是下面幾個在 Functional Programming 中常用的東西，也都是使用物件導向的法式來實現的： - Tuple - Pattern Matching - Monads 總而言之對我而言，Scala 扮演了一個很重要的角色－－他用我所習慣的東西，去解釋另一個我不習慣的世界是如何運作的，而我發現，這個做法對我來說真的超有效的！如果你和我一樣始終搞不懂 Functional Programming 的世界到底如何運作，不妨也來試著玩玩看 Scala，也許也會和我一樣有所斬獲喲！ -- ~ 白馬帶著她一步步地回到中原。白馬已經老了，只能慢慢地走， 'v' Brian Hsu 但終是能回到中原的。江南有楊柳、桃花，有燕子、金魚…… // \\ ( 墳墓 ) /( )\ 但這個美麗的姑娘就像古高昌國人那樣固執。【白馬嘯西風】 ^`~'^ http://bone.twbbs.org.tw/blog 『那都是很好很好的，可我偏不喜歡。』 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 114.32.42.198