仓颉编程语言技术指南：嵌套函数、Lambda 表达式、闭包

2024-07-26 10:04 由华为云开发者联盟发表于 #软件工程

本文分享自华为云社区《【华为鸿蒙开发技术】仓颉编程语言技术指南【嵌套函数、Lambda 表达式、闭包】》，作者：柠檬味拥抱。

仓颉编程语言（Cangjie）是一种面向全场景应用开发的通用编程语言，旨在兼顾开发效率和运行性能，并提供良好的编程体验。本文将深入探讨仓颉语言的主要特点和功能，包括其简明高效的语法、多范式编程支持、类型安全性、内存安全性、高效并发、兼容性、领域扩展能力、UI 开发支持和内置库功能。

1. 语法简明高效

仓颉编程语言提供了一系列简明高效的语法特性，旨在减少冗余书写、提升开发效率。以下是一些关键特性：

1.1 嵌套函数

仓颉语言允许在函数体内定义嵌套函数，这些函数可以在外部函数内部调用，也可以作为返回值返回：

func foo() {
    func nestAdd(a: Int64, b: Int64) {
        a + b + 3
    }

    println(nestAdd(1, 2))  // 输出：6

    return nestAdd
}

main() {
    let f = foo()
    let x = f(1, 2)
    println("result: ${x}")  // 输出：result: 6
}

1.2 Lambda 表达式

仓颉语言支持简洁的 lambda 表达式，使函数式编程变得更加方便：

let f1 = { a: Int64, b: Int64 => a + b }
var display = { => println("Hello") }

func f(a1: (Int64) -> Int64): Int64 {
    a1(1)
}

main() {
    let sum1 = { a: Int64, b: Int64 => a + b }
    let r1 = { a: Int64, b: Int64 => a + b }(1, 2)  // r1 = 3
    let r2 = { => 123 }()  // r2 = 123
    let f2Res = f({ a2 => a2 + 10 })  // 使用 lambda 表达式
}

2. 多范式编程

仓颉编程语言支持函数式、命令式和面向对象等多范式编程。开发者可以根据需求选择不同的编程范式：

函数式编程：支持高阶函数、代数数据类型、模式匹配等特性。
面向对象编程：支持封装、接口、继承等特性。
命令式编程：支持值类型、全局函数等特性。

3. 类型安全

仓颉语言是静态强类型语言，通过编译时类型检查来尽早识别程序错误，降低运行时风险。编译器提供了强大的类型推断能力，减少类型标注工作：

var sum1: (Int64, Int64) -> Int64 = { a, b => a + b }
var sum2: (Int64, Int64) -> Int64 = { a: Int64, b => a + b }

4. 内存安全

仓颉语言提供自动内存管理，并在运行时进行数组下标越界检查、溢出检查等，以确保内存安全：

func safeArrayAccess(arr: [Int64], index: Int64): Int64 {
    if index < arr.length {
        return arr[index]
    } else {
        println("Index out of bounds")
        return -1
    }
}

5. 高效并发

仓颉语言提供用户态轻量化线程（原生协程）以及简单易用的并发编程机制，适用于高效的并发场景：

func concurrentTask() {
    let task = async { 
        // 执行异步任务
    }
    await task
}

6. 兼容语言生态

仓颉语言支持与 C 等主流编程语言的互操作，采用声明式编程范式以实现对其他语言库的高效复用和生态兼容：

extern func cFunction(arg: Int64) -> Int64

func callCFunction() {
    let result = cFunction(10)
    println(result)
}

7. 领域易扩展

仓颉语言支持基于词法宏的元编程能力，允许在编译时变换代码，支持构建内嵌式领域专用语言（EDSL）：

macro square(x: Int64) => x * x
func useMacro() {
    let result = square(4)  // 结果为 16
    println(result)
}

8. 助力 UI 开发

仓颉语言的元编程和尾随 lambda 等特性可以用来搭建声明式 UI 开发框架，提升 UI 开发效率和体验：

func createUI() {
    let button = Button(text: "Click Me", onClick: { => println("Button clicked") })
    // 创建并显示 UI 组件
}

9. 内置库功能丰富

仓颉语言提供了丰富的内置库，涵盖数据结构、常用算法、数学计算、正则匹配、系统交互、文件操作、网络通信、数据库访问等功能：

import stdlib

func exampleUsage() {
    let numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
    let sum = numbers.reduce(0, { a, b => a + b })
    println("Sum: ${sum}")
}

仓颉编程语言凭借其简洁高效的语法、多范式编程支持、类型和内存安全、高效并发能力以及广泛的内置库功能，为开发者提供了一个强大且灵活的编程平台。无论是进行高效的应用开发、构建复杂的 UI 组件，还是进行领域特定的编程，仓颉语言都能满足开发者的需求。

仓颉编程语言的嵌套函数、Lambda 表达式与闭包解析

1. 嵌套函数

在仓颉编程语言中，嵌套函数指的是定义在另一个函数内部的函数。这种函数在外部函数的作用域内是可见的，但其作用域仅限于外部函数。嵌套函数可以访问外部函数的局部变量，并且可以作为返回值返回，使得函数式编程更加灵活。

示例：

func foo() {
    func nestAdd(a: Int64, b: Int64) {
        a + b + 3
    }

    println(nestAdd(1, 2))  // 6

    return nestAdd
}

main() {
    let f = foo()
    let x = f(1, 2)
    println("result: ${x}")
}

在上述示例中，nestAdd 是一个定义在 foo 函数内部的嵌套函数。它不仅可以在 foo 内部被调用，还可以作为返回值返回，供外部使用。运行结果为：

6
result: 6

2. Lambda 表达式

Lambda 表达式是仓颉编程语言中一种简洁的函数定义方式，用于定义匿名函数。Lambda 表达式的语法为 { p1: T1, ..., pn: Tn => expressions | declarations }。其中，=> 之前为参数列表，=> 之后为表达式或声明序列。Lambda 表达式可以赋值给变量，也可以作为函数的实参或返回值使用。

示例：

let f1 = { a: Int64, b: Int64 => a + b }

var display = { => println("Hello") }   // 无参数的 lambda 表达式

// Lambda 表达式的调用
let r1 = { a: Int64, b: Int64 => a + b }(1, 2) // r1 = 3
let r2 = { => 123 }()                          // r2 = 123

func f2(lam: () -> Unit) { }
let f2Res = f2{ println("World") } // OK to omit the =>

在上述示例中，f1 是一个接受两个参数并返回它们和的 Lambda 表达式。display 是一个无参数的 Lambda 表达式。Lambda 表达式可以直接调用，也可以赋值给变量再调用。

3. 闭包

闭包是指函数或 Lambda 表达式在定义时捕获了其外部作用域中的变量，即使在外部作用域之外执行，闭包仍然能够访问这些捕获的变量。闭包的变量捕获遵循一定的规则：

变量捕获的规则：捕获的变量必须在闭包定义时可见，并且在闭包定义时已经完成初始化。
闭包与变量捕获：函数或 Lambda 内访问外部函数的局部变量称为变量捕获。被捕获的变量的生命周期由闭包决定，这使得闭包可以在其外部作用域被调用时，仍然保持对这些变量的访问。

示例 1：

func returnAddNum(): (Int64) -> Int64 {
    let num: Int64 = 10

    func add(a: Int64) {
        return a + num
    }
    add
}

main() {
    let f = returnAddNum()
    println(f(10))  // 输出 20
}

在这个示例中，add 函数捕获了 num 变量。即使 num 的定义作用域已经结束，add 函数仍然能够访问 num。

示例 2：

func f() {
    let x = 99
    func f1() {
        println(x)
    }
    let f2 = { =>
        println(y)      // 错误，y 在闭包定义时未定义
    }
    let y = 88
    f1()          // 打印 99.
    f2()          // 错误
}

在这个示例中，f2 尝试捕获 y 变量，但 y 在 f2 定义时尚未定义，因此会导致编译错误。

示例 3：

func f() {
    let x: Int64
    func f1() {
        println(x)    // 错误，x 尚未初始化
    }
    x = 99
    f1()
}

在此示例中，f1 尝试访问尚未初始化的 x，这也是一个编译错误。

示例 4：

class C {
    public var num: Int64 = 0
}

func returnIncrementer(): () -> Unit {
    let c: C = C()

    func incrementer() {
        c.num++
    }

    incrementer
}

main() {
    let f = returnIncrementer()
    f() // c.num 增加 1
}

在这个示例中，incrementer 捕获了 c 对象，并可以修改 c 的 num 成员变量。闭包可以正常访问并修改捕获的引用类型变量。

仓颉编程语言中的高阶函数与函数式编程特性

1. 高阶函数

高阶函数是指接受其他函数作为参数或返回函数的函数。高阶函数能够提高代码的复用性和可读性。在仓颉编程语言中，你可以创建和使用高阶函数以便在不同的上下文中灵活地操作函数。

示例 1：高阶函数的基本使用

func applyFunction(x: Int64, func f: (Int64) -> Int64): Int64 {
    return f(x)
}

func square(n: Int64): Int64 {
    return n * n
}

main() {
    let result = applyFunction(4, square)
    println(result)  // 输出 16
}

在这个示例中，applyFunction 是一个高阶函数，它接受一个整数 x 和一个函数 f 作为参数，并将 x 传递给 f。square 函数计算平方值，并作为参数传递给 applyFunction。

示例 2：函数返回函数

func makeMultiplier(factor: Int64): (Int64) -> Int64 {
    func multiplier(x: Int64) -> Int64 {
        return x * factor
    }
    return multiplier
}

main() {
    let double = makeMultiplier(2)
    let triple = makeMultiplier(3)
    println(double(5))  // 输出 10
    println(triple(5))  // 输出 15
}

在这个示例中，makeMultiplier 函数返回了一个新的函数 multiplier，该函数可以将输入的整数乘以 factor。你可以创建不同的乘法器（如 double 和 triple），并应用于不同的输入值。

2. 函数式编程特性

仓颉编程语言支持函数式编程特性，如不可变数据、函数组合、柯里化等，这些特性能够使代码更加简洁和模块化。

示例 1：不可变数据

func modifyValue(x: Int64) -> Int64 {
    let y = x + 1
    return y
}

main() {
    let value = 5
    let newValue = modifyValue(value)
    println(value)     // 输出 5（原值未改变）
    println(newValue) // 输出 6（新值）
}

在这个示例中，value 变量的值不会被 modifyValue 函数所改变，这体现了不可变数据的特性。原始值保持不变，而函数返回一个新的值。

示例 2：函数组合

func addOne(x: Int64) -> Int64 {
    return x + 1
}

func multiplyByTwo(x: Int64) -> Int64 {
    return x * 2
}

func compose(f: (Int64) -> Int64, g: (Int64) -> Int64): (Int64) -> Int64 {
    return { x: Int64 => f(g(x)) }
}

main() {
    let addThenMultiply = compose(multiplyByTwo, addOne)
    println(addThenMultiply(3))  // 输出 8（(3 + 1) * 2）
}

在这个示例中，compose 函数将两个函数 f 和 g 组合成一个新的函数，新的函数先应用 g，然后应用 f。通过组合 addOne 和 multiplyByTwo 函数，我们得到了一个新的函数 addThenMultiply，它先将输入加一，然后乘以二。

示例 3：柯里化

func add(a: Int64) -> (Int64) -> Int64 {
    func inner(b: Int64) -> Int64 {
        return a + b
    }
    return inner
}

main() {
    let addFive = add(5)
    println(addFive(10))  // 输出 15
}

在这个示例中，add 函数是一个柯里化函数，它返回一个新的函数 inner。这个新函数可以将一个整数 b 加到 a 上。通过柯里化，我们可以创建特定的加法函数（如 addFive），并用于后续的计算。

3. 函数式编程的最佳实践

a. 尽量使用不可变数据：不可变数据可以减少副作用，使代码更容易理解和测试。

b. 充分利用高阶函数：高阶函数能够让你更灵活地操作函数，提高代码的复用性和模块化程度。

c. 关注函数组合和柯里化：函数组合和柯里化能够帮助你创建更简洁和灵活的函数，提高代码的表达能力。

d. 避免副作用：尽量减少函数中的副作用，使函数更具纯粹性，增强代码的可预测性。

通过理解和应用这些函数式编程特性，你可以编写更高效、灵活和可维护的代码。如果你有其他关于仓颉编程语言或函数式编程的问题，请继续讨论！

总结

仓颉编程语言通过嵌套函数、Lambda 表达式和闭包为开发者提供了灵活和强大的编程工具。嵌套函数支持函数内部的局部定义和返回，Lambda 表达式简化了匿名函数的定义，而闭包则允许函数访问其定义时的上下文变量。掌握这些功能能够帮助开发者更好地进行函数式编程，提高代码的灵活性和表达能力。

如果你有其他关于仓颉编程语言的问题或想了解更多高级功能，欢迎继续讨论！

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