Function type and basic syntax

12th鐵人賽 kotlin functional programming software development

hungyanbin

團隊Kotlin 鐵人陣

2020-09-10 01:00:44

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前言

這系列的文章算是我給自己的筆記，從學習 Functional programming 以來已經也有了兩年了吧！過程中跌跌撞撞，很常發現在跟別人介紹 Functional programming 是什麼時，自己的知識卻非常稀少，甚至自我懷疑過好幾次。嘗試學習 Haskell → 放棄 → 學習 Rx → 似懂非懂 → 買 scala 的書來看 → 看到懷疑人生 → 舉辦工作坊 → 別開玩笑了你根本無法解釋 Monad → 看影片學習 Category Theory → 挑戰鐵人賽。這段學習的過程不能說很順利，但至少我知道我有在進步，這樣就夠了。

希望來看這系列文的大家，不管是什麼背景，都能夠學到些東西，讓我們一起成長，我不敢說這些內容百分之百正確（尤其是這麼嚴謹的數學），但已經是在我理解的範圍內盡可能的負責。如果你發現有誤，希望能夠多多指正，才有機會產生出更優質的內容讓大家一起學習。

最後希望 Kotlin 鐵人陣大家都能完賽！讓我們開始吧！

Intro

在這系列文章中將會介紹下列幾個概念

Kotlin functional programming 基本語法
基本概念，包含 pure function、immutability 等等
Category theory 入門
各種 Monad
實戰運用

不會介紹：

Kotlin 程式語言基礎
RxJava 原理與 Best practice

Function type

Functional Programming 中的主角 - Function，在 Kotlin 中是一個 first class citizen，這是什麼意思呢？對於我，甚至是大部分的人，第一個學習的語言應該會是“物件導向”的程式語言。這類的語言都有共同的特性：建立物件並將其指派到一個變數中，如下方程式碼所示

class Point(val x: Int, val y: Int)

fun main() {
    val a: Point = Point(0, 0)
    val b: Point = Point(0, 1)
    val c: Int = 4
}

上方可以看到變數 a 跟 b 的型別都是 Point ，這是一個物件型別。而 c 呢，則是一個 primitive type 。這兩種型別對於一個熟悉 Java 的人來說是常識。與 Java 不一樣的是， Kotlin 有另外一個型別 - Function type ，一個用來表示函數的型別。相信函數這概念大家都在學校中學過，基本上可以把他想像成一個集合對應到另外一個集合，如下圖：

左邊是輸入，右邊則是輸出，兩邊的型別都整數。在 Kotlin 中相對應的 function type 會是 (Int) -> Int ，非常直覺。那如果是一個建立 Point 的 function type 會是怎樣呢？可能會像是 (Int, Int) -> Point ，輸入兩個整數，回傳一個 Point。以下列出 function type 的幾個範例：

val add: (Int) -> Int = fun(x) { x + 1 }
val minus: (Int) -> Int = {x -> x - 1 }               //lambda，通常會使用這形式
val printFun: (String) -> Unit = { x -> print(x)}     //也可以沒有回傳值，這時候會是 Unit
val helloWorld: (Unit) -> Unit = { print("Hello world")}   //輸入也可以是 Unit 
val helloWorld2: () -> Unit = { print("Hello world")}      //當輸入是 Unit 時可以省略
val createPoint: (Int, Int) -> Point = { x, y -> Point(x, y)}   //多個輸入參數 
val square: (Int) -> Int = { it*it }                          //如果只有一個參數的話可以簡化成 it
val square2 = { x: Int -> x*x }.                               //如果型別可以推斷的出來的話，function type 可以省略

另外值得一提的是 lambda 表示式，在上方的範例中，除了第一個之外，其餘都是以 lambda 的形式來實做 function 的內容，還有lambda 也經常被稱作匿名函式。

Higher order function

有了前面的觀念後就可以來介紹 higher order function 了，他的定義非常簡單，跟大家所熟悉的 function 沒什麼兩樣，就只差在輸入或是輸出的型別，只要其中一個是 Function Type ，就可以被稱做是 higher order function。

// 輸入 logFun 是 Function Type
fun addOne(a: Int, logFun: (String) -> Unit): Int {
    val result = a + 1
    // 使用 invoke () 來執行 function
    logFun.invoke(result.toString())
    return result
}

// 回傳值是 Function Type
fun getCountDownListener(): (Int) -> Unit {
    return { count: Int -> textView.text = count.toString }
}

Extension function

這是一個很強大的工具，有了這個功能，可以讓你在任何"型別"上新增自定義的函式。在實務上，會有不屬於自己專案的類別，例如 Android 的 Canvas 、 View 等等。在 google 官方的開源專案中就有許多這樣的 extension function ：

fun Canvas.withTranslation(
    x: Float = 0.0f,
    y: Float = 0.0f,
    block: Canvas.() -> Unit
) {
    val checkpoint = save()
    translate(x, y)
    try {
        block()
    } finally {
        restoreToCount(checkpoint)
    }
}

//link: https://android.googlesource.com/platform/frameworks/support/+/android-room-release/core/ktx/src/main/java/androidx/core/graphics/Canvas.kt

在上面我特別標註了"型別"，還記得我們一開始介紹甚麼嗎？沒錯！Function type 也可以擁有 extension function ：

fun ((Int) -> Int).double() = { a: Int -> this(a) * 2}

fun main() {
    val addThree = { a: Int -> a + 3}
    println(addThree(4))
    println(addThree.double()(4))
}

// 猜猜看會印出甚麼吧！

Infix function

使用 infix 關鍵字可以讓你在呼叫 function 時省略 ()，使用的好的話會語意更加清晰，同時也是在寫 DSL 時重要的技術之一，看看下面這個例子

fun main() {
    println(4 add 5)
}

// 請注意 infix function 一定同時會是 extension funcion
infix fun Int.add(another: Int) = this + another

Function reference

有時候我們會想要將一般的 function 當作 lambda 傳給 higher order function ， function reference 可以幫你做到這點，使用方法是前面加兩個冒號，同時要注意型態要一致才能做這樣的轉換：

fun main() {
    printEquation(4, ::divideTwo)
}

fun printEquation(input: Int, equation: (Int) -> Int) {
    println(equation(input))
}

fun divideTwo(a: Int) = a / 2

關於 Kotlin 還有非常多其他的語法沒辦法全部介紹完，這邊只能介紹一些之後會很常用到的部分，如果讀者有興趣可以前往官網學習：https://kotlinlang.org/docs/reference/functions.html