PHP高级编程-回归原生态-函数式编程与数组

原创
02/17 11:08
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4.2.4 函数式编程与数组

在函数式编程的世界里,针对集合的操作有三大类,分别是:映射、过滤和归约。


虽然PHP是一门解释性脚本语言,并且支持面向过程编程和面向对象编程,但与函数式编程还是有很大区别的。PHP也为映射、过滤和归约提供了对应的函数。它们分别是:

  • 映射:array_map()

  • 过滤:array_filter()

  • 归纳:array_reduce()


下面可以通过一个简单的例子来快速认识这三大类的操作。假设我们有1、2、3、4、……、9、10这样十个数字,作为最初的集合元素。则有:

<?php$data = array(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);

如果我们想让每个数字都翻N倍,即对原来每个元素,通过一个规则映射到一个新的集合,那么这就是映射。使用array_map()函数可轻松实现这一点。


// 集合的映射操作// 假设翻2倍$n = 2;  $dataDouble = array_map(function ($value) use ($n) {    return $value * $n;}, $data);
print_r($dataDouble);

通过映射后,新集合与旧集合的元素是一一对应的,数量不会少也不会多。这就和投影一样。这里的执行结果会输出:

Array(    [0] => 2    [1] => 4    [2] => 6    [3] => 8    [4] => 10    [5] => 12    [6] => 14    [7] => 16    [8] => 18    [9] => 20)

而过滤操作,显然会对集合的元素数量有影响,通常会根据条件过滤移除部分元素,所以执行过滤后,元素个数会减少。继续前面的示例,如果要找出全部的奇数,可以:

// 集合的过滤操作$dataOdd = array_filter($data, function ($value) {    return ($value % 2) == 1;});
print_r($dataOdd);

输出结果是:

Array(    [0] => 1    [2] => 3    [4] => 5    [6] => 7    [8] => 9)

最后,是集合的归约操作,即把全部的元素通过某个规则全部合成一个新东西。注意,映射和过滤后的新元素的类型,和原来元素的类型是一样的。即原来是整型的元素,操作后还会是整型的元素,虽然数量上会有所变化。而归纳则是完全不同的操作,除了最后元素个数变成只有一个外,新元素的类型极大可能会是新的类型。


拿这里的例子来说,假设我们要把全部的数字按字符串连接起来,那么最后就会形成一个字符串:12345678910。使用array_reduce()的实现代码是:

// 集合的归约操作$str = array_reduce($data, function ($carry, $item) {    return $carry . $item;}, '');
echo $str, PHP_EOL;

在函数式编程的世界里,函数是“一等公民”。而在OOP世界里,类才是“一等公民”。在最开始时,我们需要对原来的数值翻N倍,这个N倍暂时是通过参数来传递的。又如,在过滤奇数时,是直接硬编程在代码里的,如果我要改成过滤偶数呢,怎么办?又假设我会动态传入过滤条件呢,又怎么办?大家可以回想一下,在面向过程编程和面向对象编程里,我们都是怎样解决类似这样的需求的。


这里简单分享一下,在函数式编程世界里巧妙的做法。因为函数是它们的“一等公民”,函数可以作为函数的参数也可以作为函数的返回值,甚至还可以作为变量存储起来,这叫做高阶函数。通过原子的操作,再结合部分施用或柯里化,就能灵活组合成复杂的功能。和面向对象编程世界的自顶而下的封装不同,函数式编程则是自底而上的组合形式。


初次接触函数式编程的同学,对于柯里化这个概念有点陌生。这里稍微解释一下,简单地理解,可以看成一开始某个函数需要两个参数的,但我先提供一个参数,然后返回一个半成品函数。剩下的另外一个参数,再作为参数传给这个新的函数。打个比方,就类似分期付款一样,一开始钱不够,先给部分,后面再分期支付。以翻N倍为例,这里有两个参数,一个是原始的数值,另一个参数是翻多少倍。但再一推导,实际上就是两个数相乘。


先睹为快,使用Scala函数式编程语言实现上面同样功能的完整代码。将下面Scala代码保存到ArrayCurry.scala文件,位置目录任意。

/** * 使用Scala的同等实现 */object ArrayCurry {    def main(args: Array[String]): Unit = {        val data: Array[Int] = Array(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)
// 集合的映射操作 val dataDouble = data.map(x => x * 2); println(dataDouble.mkString(" "))
// 集合的过滤操作 val dataOdd = data.filter(_ % 2 == 1) println(dataOdd.mkString(" "))
// 集合的归约操作 val str: String = data.foldLeft("")((x, y) => x.toString() + y.toString()) println(str) }

在安装了Scala的情况下,可以执行以下命令:

$ scalac ./ArrayCurry.scala && scala ArrayCurry


然后就可能看到输出:

2 4 6 8 10 12 14 16 18 201 3 5 7 912345678910


除了输出格式外,效果和前面是一样的。但Scala的代码更简洁、更优雅。

再来稍候看一下柯里化的应用。先添加一个柯里化实现的类成员函数:

object ArrayCurry {    // 柯里化    def curry[A, B, C](f: (A, B) => C) : A => (B => C) = {        (a: A) => ((b: B) => f(a, b))    }}

然后在main()函数最后追加以下代码,就可以应用柯里化实现对不同倍数的相乘。

object ArrayCurry {    def main(args: Array[String]): Unit = {        // ……        // 两数相乘        def multi(left: Int, right: Int): Int = {            left * right        }
val multi2 = curry(multi)(2) println(data.map(multi2).mkString(" ")) }

从这里可以窥探到函数式编程的思想。即找出原子性的操作,再基于此基础推导出更多衍生的操作。例如这里的,两数相乘multi是最基本的操作,其次再到翻2倍的multi2,当然基于multi我们可以快速创建翻3倍、翻10倍、翻N倍的函数——只需要传一个参数即可。最后,把这个翻2倍的因子传递给映射操作,就可以完成对整个集合的映射操作。多么微妙!


至此,我们简单回顾一下。一开始,我们学习了PHP数组关于映射、过滤和归约的三大类操作。然后使用函数式编程语言Scala同样实现了一遍,还稍微领略了函数式编程的魅力和思想。但这本书更多是关于PHP的书,这里要告诫各位开发同学的是,虽然函数式编程的魅力很大,但PHP语言更多是简单、实用、方便。如果没有必要,建议不要采用array_map()、array_filter()、array_reduce()这些函数。


有同学开始感到困惑了,讲了那么多,最后是为了让我们不要使用?为什么呢?因为匿名函数会增加代码的复杂度,增加代码的嵌套层级,不容易理解,更不容易维护。现在的时代不再是以前写出别人看不懂的代码就是高手,而是如何写出连实习生都能快速理解的代码才是专家。毕竟PHP没有Scala那么强悍的语法糖,也没有像Javascript的上下文,过度使用这类数组的函数,反而会适得其反。


最后,我们来看下,PHP回归到简单版的实现方式。其实很简单,改用foreach进行循环处理即可。不需要花俏、华而不实的外表。以下代码,想必连刚学PHP的同学也能快速理解,并且维护起来成本更低。

// 翻2倍$dataDouble = array();$n = 2;foreach ($data as $it) {    $dataDouble[] = $it * $n;}   print_r($dataDouble);// 取奇数
$dataOdd = array();foreach ($data as $it) { if ($it % 2 == 1) { $dataOdd[] = $it; }} print_r($dataOdd);// 字符串拼接
$str = '';foreach ($data as $it) { $str .= $it;} echo $str, PHP_EOL;

如果非得要用一句话来总结,那就是:不要让事情变得更复杂,不要增加人为的偶然复杂性。


4.2.5 数组类

前面介绍的关于数组的排序、集合的三大操作,都是使用函数的,是面向过程的。接下来,了解一下面向对象编程相关的知识。数组类是什么意思呢?不难理解,数组类就是具体数组特性的类。


对于一个数组,可以获取和修改某个键的值,也可以进行删除、判断键是否存在。如果一个类想实现具有数组的访问特性,就需要实现ArrayAccess(数组式访问)接口,并且需要实现以下四个方法:

  • ArrayAccess::offsetExists — 检查一个偏移位置是否存在

  • ArrayAccess::offsetGet — 获取一个偏移位置的值

  • ArrayAccess::offsetSet — 设置一个偏移位置的值

  • ArrayAccess::offsetUnset — 复位一个偏移位置的值


结合下面示例,可以看更好地理解这四个方法的用处。

$arr = array('dogstar' => 95, 'aevit' => 98);// 检查一个偏移位置是否存在var_dump(isset($arr['dogstar']));// 获取一个偏移位置的值var_dump($arr['dogstar']);// 设置一个偏移位置的值$arr['dogstar'] = 96;// 复位一个偏移位置的值unset($arr['dogstar']);

那什么时候会用到数组类呢?这里先简单抛个砖,后面会继续深入讨论。在PHP开源框架或开源类库里,会用到这个ArrayAccess接口实现一些高级的功能操作。以流行的Phalcon框架为例,它的DI容器,以及它的依赖注入都是设计得非常巧妙且强大的。其中就可以通过数组的方式来访问DI容器。例如:

<?php$di = new Phalcon\DI();// 通过数组方式设置$di["request"] = new \Phalcon\Http\Request();// 通过数组方式读取var_dump($di["request"]);

PhalApi开源接口框架受此启发,也引入了DI依赖注入,同时也实现了ArrayAccess接口。在PhalApi的PHP源代码里,我们可以找到对应的实现代码。

<?phpnamespace PhalApi;class DependenceInjection implements ArrayAccess {    // ……    /** ------------------ ArrayAccess(数组式访问)接口 ------------------ **/    public function offsetSet($offset, $value) {        $this->set($offset, $value);    }    public function offsetGet($offset) {        return $this->get($offset, NULL);    }    public function offsetUnset($offset) {        unset($this->data[$offset]);    }    public function offsetExists($offset) {        return isset($this->data[$offset]);    }}

当开发工程师需要使用DI容器时,就可以像Phalcon那样,使用数组的方式来操作。例如和前面类似的实现:

<?php// 通过快速函数来获取$di = PhalApi\DI();// 通过数组方式设置$di["request"] = new \PhalApi\Request();// 通过数组方式读取var_dump($di["request"]);

这里关于数组的访问接口,以及DI容器的介绍,先到这里。后面讲魔术方法时,我们再来一起深入探讨。


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