高阶函数与 lambda表达式

Kotlin 函数是一等公民，这意味着它们可以存储在变量和数据结构中，可以作为实参传递给高阶函数，也可以作为其返回值。你可以像对待其他非函数值一样，对函数执行任何操作。

为了实现这一点，作为一种静态类型编程语言，Kotlin 使用一系列函数类型来表示函数，并提供了一组专门的语言结构，例如 lambda表达式。

高阶函数

高阶函数是将函数作为参数或返回函数的函数。

高阶函数的一个典型例子是集合的函数式编程惯用法 fold。它接受一个初始累加值和一个组合函数，并通过连续地将当前累加值与每个集合元素组合来构建其返回值，每次都会替换累加值：

fun <T, R> Collection<T>.fold(
    initial: R, 
    combine: (acc: R, nextElement: T) -> R
): R {
    var accumulator: R = initial
    for (element: T in this) {
        accumulator = combine(accumulator, element)
    }
    return accumulator
}

在上面的代码中，combine 参数具有函数类型 (R, T) -> R，因此它接受一个带有两个类型为 R 和 T 的参数并返回 R 类型值的函数。它在 for 循环内部被调用，然后将返回值赋值给 accumulator。

要调用 fold，你需要向其传递一个函数类型的实例作为实参，而 lambda表达式（下文有更详细的描述）在高阶函数调用处被广泛用于此目的：

fun main() {
    val items = listOf(1, 2, 3, 4, 5)
    
    // lambda表达式是包裹在花括号中的代码块。
    items.fold(0, { 
        // 当 lambda 具有参数时，它们排在最前面，随后是 '->'
        acc: Int, i: Int -> 
        print("acc = $acc, i = $i, ") 
        val result = acc + i
        println("result = $result")
        // lambda表达式中的最后一个表达式被视为返回值：
        result
    })
    
    // 如果可以推断出 lambda 中的参数类型，则它们是可选的：
    val joinedToString = items.fold("Elements:", { acc, i -> acc + " " + i })
    
    // 函数引用也可以用于高阶函数调用：
    val product = items.fold(1, Int::times)
    println("joinedToString = $joinedToString")
    println("product = $product")
}

函数类型

Kotlin 使用函数类型（如 (Int) -> String）进行处理函数的声明：val onClick: () -> Unit = ...。

这些类型具有与其函数签名（即参数和返回值）相对应的特殊表示法：

• 所有函数类型都有一个括号括起来的参数类型列表和一个返回值类型：(A, B) -> C 表示一个接受两个类型为 A 和 B 的实参并返回类型为 C 的值的类型。参数类型列表可以为空，例如 () -> A。Unit 返回值类型不可省略。

• 函数类型可以可选地具有一个额外的 接收者 类型，该类型在表示法中的点号之前指定：类型 A.(B) -> C 表示可以在接收者对象 A 上调用，并带有一个参数 B 且返回一个值 C 的函数。带接收者的函数字面量经常与这些类型一起使用。

• 挂起函数属于一种特殊的函数类型，其表示法中带有 suspend 修饰符，例如 suspend () -> Unit 或 suspend A.(B) -> C。

函数类型表示法可以可选地包含函数参数的名称：(x: Int, y: Int) -> Point。这些名称可用于记录参数的含义。

要指定函数类型可为 null，请按如下方式使用圆括号：((Int, Int) -> Int)?。

函数类型也可以使用圆括号进行组合：(Int) -> ((Int) -> Unit)。

箭头表示法是右结合的，(Int) -> (Int) -> Unit 与前面的示例等效，但与 ((Int) -> (Int)) -> Unit 不等效。

你还可以通过使用类型别名为函数类型提供替代名称：

typealias ClickHandler = (Button, ClickEvent) -> Unit

实例化函数类型

有几种方法可以获取函数类型的实例：

• 使用函数字面量内的代码块，采用以下形式之一：

  • lambda表达式：{ a, b -> a + b }
  • 匿名函数：fun(s: String): Int { return s.toIntOrNull() ?: 0 }

  带接收者的函数字面量可用作具有接收者的函数类型的值。

• 使用指向现有声明的可调用引用：

  • 顶层、局部、成员或扩展函数：::isOdd、String::toInt
  • 顶层、成员或扩展属性：List<Int>::size
  • 构造函数：::Regex

  这些包括指向特定实例成员的绑定可调用引用：foo::toString。

• 使用实现函数类型作为接口的自定义类的实例：

class IntTransformer: (Int) -> Int {
    override operator fun invoke(x: Int): Int = TODO()
}

val intFunction: (Int) -> Int = IntTransformer()

如果有足够的信息，编译器可以推断变量的函数类型：

val a = { i: Int -> i + 1 } // 推断出的类型为 (Int) -> Int

带有和不带接收者的函数类型的非字面量值是可以互换的，因此接收者可以代替第一个参数，反之亦然。例如，类型为 (A, B) -> C 的值可以传递或赋值给预期为 A.(B) -> C 的值，反之亦然：

fun main() {
    val repeatFun: String.(Int) -> String = { times -> this.repeat(times) }
    val twoParameters: (String, Int) -> String = repeatFun // 确定
    
    fun runTransformation(f: (String, Int) -> String): String {
        return f("hello", 3)
    }
    val result = runTransformation(repeatFun) // 确定
    println("result = $result")
}

即使变量是使用指向扩展函数的引用初始化的，默认情况下也会推断出不带接收者的函数类型。要更改此行为，请显式指定变量类型。

调用函数类型实例

函数类型的值可以通过使用其 invoke(...) 运算符来调用：f.invoke(x) 或简写为 f(x)。

如果该值具有接收者类型，则接收者对象应作为第一个实参传递。调用带接收者的函数类型值的另一种方法是在其前面加上接收者对象，就像该值是一个扩展函数一样：1.foo(2)。

示例：

fun main() {
    val stringPlus: (String, String) -> String = String::plus
    val intPlus: Int.(Int) -> Int = Int::plus
    
    println(stringPlus.invoke("<-", "->"))
    println(stringPlus("Hello, ", "world!"))
    
    println(intPlus.invoke(1, 1))
    println(intPlus(1, 2))
    println(2.intPlus(3)) // 类似扩展的调用
}

内联函数

有时，对于高阶函数，使用内联函数是有益的，它们可以提供灵活的控制流。

lambda表达式与匿名函数

lambda表达式和匿名函数是函数字面量。函数字面量是未声明但立即作为表达式传递的函数。请看以下示例：

max(strings, { a, b -> a.length < b.length })

函数 max 是一个高阶函数，因为它将函数值作为其第二个实参。这第二个实参是一个本身也是函数的表达式，称为函数字面量，它等效于以下命名函数：

fun compare(a: String, b: String): Boolean = a.length < b.length

你还可以使用 suspend 关键字创建 挂起 lambda表达式。挂起 lambda 具有函数类型 suspend () -> Unit，并且可以调用其他挂起函数：

val suspendingTask = suspend { doSuspendingWork() }

lambda表达式语法

lambda表达式的完整语法形式如下：

val sum: (Int, Int) -> Int = { x: Int, y: Int -> x + y }

• lambda表达式总是被花括号包裹。
• 完整语法形式中的参数声明放在花括号内，并具有可选的类型注解。
• 代码体放在 -> 之后。
• 如果推断出的 lambda 返回值类型不是 Unit，则 lambda 代码体内的最后一个（或可能是唯一的）表达式将被视为返回值。

如果你省去所有可选注解，剩下的部分如下所示：

val sum = { x: Int, y: Int -> x + y }

传递尾随 Lambda

根据 Kotlin 约定，如果函数的最后一个参数是函数，那么作为相应实参传递的 lambda表达式可以放在圆括号之外：

val product = items.fold(1) { acc, e -> acc * e }

这种语法也称为尾随 Lambda。

如果该 lambda 是该调用中唯一的实参，则可以完全省略圆括号：

run { println("...") }

it：单个参数的隐式名称

lambda表达式只有一个参数是非常常见的情况。

如果编译器可以在没有任何参数的情况下解析签名，则不需要声明参数，并且可以省略 ->。该参数将以名称 it 隐式声明：

ints.filter { it > 0 } // 此字面量的类型为 '(it: Int) -> Boolean'

从 lambda表达式返回值

你可以使用限定的 return 语法显式地从 lambda 返回值。否则，将隐式返回最后一个表达式的值。

因此，以下两个片段是等效的：

ints.filter {
    val shouldFilter = it > 0
    shouldFilter
}

ints.filter {
    val shouldFilter = it > 0
    return@filter shouldFilter
}

这一约定连同在圆括号外传递 lambda表达式一起，可以实现 LINQ 风格的代码：

strings.filter { it.length == 5 }.sortedBy { it }.map { it.uppercase() }

下划线用于未使用的变量

如果 lambda 参数未使用，你可以放置下划线代替其名称：

map.forEach { (_, value) -> println("$value!") }

lambda 中的析构

lambda 中的析构作为析构声明的一部分进行了描述。

匿名函数

上面的 lambda表达式语法缺少一件事——指定函数返回值类型的能力。在大多数情况下，这是不需要的，因为返回值类型可以自动推断。但是，如果你确实需要显式指定它，可以使用另一种语法：匿名函数。

fun(x: Int, y: Int): Int = x + y

匿名函数看起来非常像常规函数声明，只是省略了它的名称。它的代码体可以是一个表达式（如上所示）或一个代码块：

fun(x: Int, y: Int): Int {
    return x + y
}

参数和返回值类型的指定方式与常规函数相同，只是如果可以从上下文中推断出参数类型，则可以省略：

ints.filter(fun(item) = item > 0)

匿名函数的返回值类型推断与正常函数完全一样：对于具有表达式体的匿名函数，返回值类型是自动推断的；但对于具有代码块体的匿名函数，必须显式指定返回值类型（或假定为 Unit）。

当将匿名函数作为参数传递时，请将它们放在圆括号内。允许你将函数留在圆括号之外的简写语法仅适用于 lambda表达式。

lambda表达式和匿名函数之间的另一个区别是非局部返回的行为。不带标签的 return 语句总是从使用 fun 关键字声明的函数返回。这意味着 lambda表达式内部的 return 将从封闭函数返回，而匿名函数内部的 return 将从匿名函数本身返回。

闭包

lambda表达式或匿名函数（以及局部函数和对象表达式）可以访问其闭包，其中包含在外部作用域中声明的变量。在闭包中捕获的变量可以在 lambda 中修改：

var sum = 0
ints.filter { it > 0 }.forEach {
    sum += it
}
print(sum)

带接收者的函数字面量

带有接收者的函数类型（如 A.(B) -> C）可以使用函数字面量的特殊形式——带接收者的函数字面量来实例化。

如上所述，Kotlin 提供了在提供接收者对象的同时调用带接收者的函数类型实例的能力。

在函数字面量的代码体内，传递给调用的接收者对象将成为隐式 this，这样你就可以在没有任何额外限定符的情况下访问该接收者对象的成员，或者使用 this 表达式访问接收者对象。

这种行为类似于扩展函数，扩展函数也允许你在函数体内访问接收者对象的成员。

这是一个带接收者的函数字面量及其类型的示例，其中在接收者对象上调用了 plus：

val sum: Int.(Int) -> Int = { other -> plus(other) }

匿名函数语法允许你直接指定函数字面量的接收者类型。如果你需要声明一个带接收者的函数类型的变量，然后供以后使用，这会非常有用。

val sum = fun Int.(other: Int): Int = this + other

当接收者类型可以从上下文中推断出来时，lambda表达式可以用作带接收者的函数字面量。其用法最重要的例子之一是类型安全构建器：

class HTML {
    fun body() { ... }
}

fun html(init: HTML.() -> Unit): HTML {
    val html = HTML()  // 创建接收者对象
    html.init()        // 将接收者对象传递给 lambda
    return html
}

html {       // 带接收者的 lambda 从这里开始
    body()   // 调用接收者对象上的方法
}