Python Jiří Znamenáček Funkcionální prvky v Python'u 2011-04-28

„Skutečný“ funkcionální jazyk nemá žádné proměnné – jednou přiřazené hodnoty jsou takovými už navždy. Podobně chování funkcí je zcela určeno pouze jejich vstupními parametry a navíc funkce nemění své okolí.

Python nesplňuje žádnou z těchto podmínek. Dokonce byste asi měli docela problém napsat program bez použití proměnných. Ale svým protežováním iterovatelných sekvenčních typů se pojetí funkcionálních jazyků docela blíží. Dokonce pro práci s nimi nabízí kromě generátorové notace i několik speciálních funkcí.

V dalším se podíváme na několik základních (nejen čistě) funkcionálních prvků jazyka Python.

Generátorová notace patří mezi jednu z nejtypičtějších pythoních konstrukcí. Umožňuje velmi snadno na místě jednoho řádku za pomoci členů sekvence vyrábět sekvence (seznamy, množiny a slovníky) jiné.

Pro seznam má v principu dvě následující podoby (přičemž PRVEK je nejčastěji nějakou funkcí prvků procházené SEKVENCE):

[ PRVEK for I in SEKVENCE ] [ PRVEK for I in SEKVENCE if PODMÍNKA ] Varianty pro množinu, resp. slovník, se liší pouze ve vnějších závorkách, resp. tvaru prvního členu (nepovinná část s podmínkou pro přehlednost vynechána): { PRVEK for I in SEKVENCE } { KLÍČ:HODNOTA for I in SEKVENCE }

K typicky funkcionálním operacím patří operace prováděné nad celou sekvenční strukturou najednou.

Přitom platí, že je-li možné výsledek operace určit dříve, než je prozkoumána sekvence celá, také se tak stane (takže se nepočítají zbytečné kroky).

Funkce any(ITERABLE) vrací True, je-li alespoň jeden prvek z iterovatelné struktury vyhodnocen jako pravdivý. Pro prázdnou strukturu vrací False:

>>> any('ahoj') True >>> any(['']*5) False

Funkce all(ITERABLE) vrací True, jsou-li všechny prvky z iterovatelné struktury vyhodnoceny jako pravdivé. Pro prázdnou strukturu vrací také True:

>>> all('ahoj') True >>> all(['a', 'h', 0, '']) False

Funkce min(SEKVENCE) vrací nejmenší prvek ze sekvence:

>>> min([5, 2, 4, 3, 6]) 2 Pro více vstupních argumentů vrací nejmenší z nich. Nepovinný parametr key umožňuje určit řadicí funkci.

Funkce max(SEKVENCE) vrací největší prvek ze sekvence:

>>> max([5, 2, 4, 3, 6]) 6 Pro více vstupních argumentů vrací největší z nich. Nepovinný parametr key umožňuje určit řadicí funkci.

Funkce sum(SEKVENCE) vrací součet prvků v sekvenci:

>>> sum([5, 2, 4, 3, 6]) 20

Funkce map(FUNKCE, ITERABLE) vrací iterátor, který postupně mapuje funkci na jednotlivé prvky iterovatelné struktury:

>>> map(ord, 'ahoj') <map object at 0x01406710> >>> list( map(ord, 'ahoj') ) [97, 104, 111, 106]

Často je jednodušší a průhlednější napsat příslušný generátorový výraz [f(x) for x in xs].

Funkce filter(FUNKCE, ITERABLE) vrací iterátor, který postupně vrací ty prvky iterovatelné struktury, pro něž zadaná funkce poskytuje True:

>>> filter(lambda x: x % 2, [5, 2, 4, 3, 6]) <filter object at 0x014085F0> >>> list( filter(lambda x: x % 2, [5, 2, 4, 3, 6]) ) [5, 3]

Pro funkci různou od None je často je jednodušší a průhlednější napsat příslušný generátorový výraz [x for x in xs if f(x)].

Asi už nepřekvapí, že:

map(f, filter(p, xs)) <=> [f(x) for x in xs if p(x)]

Funkce zip(*ITERABLES) vrací iterátor, který skládá dohromady do n-tic navzájem si odpovídající prvky z jednotlivých vstupních iterovatelných struktur:

>>> zip('ahoj', [5, 2, 3, 4]) <zip object at 0x01400AF8> >>> list( zip('ahoj', [5, 2, 3, 4]) ) [('a', 5), ('h', 2), ('o', 3), ('j', 4)]

Přitom platí:

Další funkcionální prostředky pro práci s funkcemi (higher-order functions) poskytuje modul functools. Jedná se o funkce, které operují nad funkcemi a v nějaké upravené podobě je vrací (tak trochu jako dekorátory; ostatně se většinou jako dekorátory používají).

Jelikož uvedené si zaslouží probrat podrobněji, je mu věnována samostatná přednáška.

Lambda-funkce jsou anonymní (tj. bezejmenné) funkce definované typicky v rámci jednoho řádku a skládající se pouze z jednoho výrazu, který je vyhodnocován ve chvíli volání funkce:

lambda [ARGUMENT[Y]]: VÝRAZ

Pythonovské lambda-funkce jsou v porovnání s prakticky libovolnou jinou implementací velmi omezené – mohou obsahovat pouze jeden výraz, a to ještě bez složitějších, natožpak dokonce víceřádkových konstrukcí.

Ve většině případů ale zastanou obdobnou práci „obyčejné“ funkce v Python'u, protože jsou tzv. first-class object/citizen. (Což především znamená, že je možné je předávat jako parametry do jiných funkcí, vracet je jako návratové hodnoty z funkcí a ukládat je v datových strukturách.)

Naprosto typickým prvkem funkcionálního programování je vytváření (potenciálně i nekonečných) struktur, z nichž se vrací pouze ta část, která je aktuálně vyžadována, a nic dalšího se (zatím) nepočítá.

V Python'u se konstruktorům takových objektů říká generátory a jelikož jsou velmi důležité, je jim věnována samostatná přednáška.