Julia 中的函数是将一系列参数组成的元组映设到一个返回值的对象,Julia 的函数不是纯的数学式函数,有些函数可以改变或者影响程序的全局状态。Julia 中定义函数的基本语法为:
function f(x,y)
x + y
end
Julia 中可以精炼地定义函数。上述传统的声明语法,等价于下列紧凑的“赋值形式”:
f(x,y) = x + y
对于赋值形式,函数体通常是单表达式,但也可以为复合表达式(详见复合表达式)。Julia 中常见这种短小简单的函数定义。短函数语法相对而言更方便输入和阅读。
使用圆括号来调用函数:
julia> f(2,3)
5
没有圆括号时, f
表达式指向的是函数对象,这个函数对象可以像值一样被传递:
julia> g = f;
julia> g(2,3)
5
调用函数有两种方法:使用特定函数名的特殊运算符语法(详见后面函数运算符),或者使用 apply
函数:
julia> apply(f,2,3)
5
apply
函数把第一个参数当做函数对象,应用在后面的参数上。
和变量名称一样, 函数名称也可以使用 Unicode 字符:
julia> ∑(x,y) = x + y
∑ (generic function with 1 method)
Julia 函数的参数遵循 “pass-by-sharing” 的惯例,即不传递值,而是传递引用。函数参数本身,有点儿像新变量绑定(引用值的新位置),但它们引用的值与传递的值完全相同。对可变值(如数组)的修改,会影响其它函数。
return
关键字函数返回值通常是函数体中最后一个表达式的值。上一节中 f
是表达式 x + y
的值。在 C 和大部分命令式语言或函数式语言中, return
关键字使得函数在计算完该表达式的值后立即返回:
function g(x,y)
return x * y
x + y
end
对比下列两个函数:
f(x,y) = x + y
function g(x,y)
return x * y
x + y
end
julia> f(2,3)
5
julia> g(2,3)
6
在纯线性函数体,比如 g 中,不需要使用 return
,它不会计算表达式 x + y
。可以把 x * y
作为函数的最后一个表达式,并省略 return
。只有涉及其它控制流时, return
才有用。下例计算直角三角形的斜边长度,其中直角边为 x 和 y,为避免溢出:
function hypot(x,y)
x = abs(x)
y = abs(y)
if x > y
r = y/x
return x*sqrt(1+r*r)
end
if y == 0
return zero(x)
end
r = x/y
return y*sqrt(1+r*r)
end
最后一行的 return
可以省略。
Julia 中,大多数运算符都是支持特定语法的函数。 &&
、 ||
等短路运算是例外,它们不是函数,因为短路求值先算前面的值,再算后面的值。对于函数运算符,可以像其它函数一样,把参数列表用圆括号括起来,作为函数运算符的参数:
julia> 1 + 2 + 3
6
julia> +(1,2,3)
6
中缀形式与函数形式完全等价,事实上,前者被内部解析为函数调用的形式。可以像对其它函数一样,对 +
、 *
等运算符进行赋值、传递:
julia> f = +;
julia> f(1,2,3)
6
但是,这时 f
函数不支持中缀表达式。
有一些表达式调用特殊名字的运算符:
表达式 | 调用 |
---|---|
[A B C ...]
|
hcat
|
[A, B, C, ...]
|
vcat
|
[A B; C D; ...]
|
hvcat
|
A"
|
ctranspose
|
A."
|
transpose
|
1:n
|
colon
|
A[i]
|
getindex
|
A[i]=x
|
setindex!
|
这些函数都存在于 Base.Operators
模块中。
Julia 中函数是第一类对象,可以被赋值给变量,可以通过赋值后的变量来调用函数, 还可以当做参数和返回值,甚至可以被匿名构造:
julia> x -> x^2 + 2x - 1
(anonymous function)
上例构造了一个匿名函数,输入一个参数 x ,返回多项式 x^2 + 2x - 1 的值。匿名函数的主要作用是把它传递给接受其它函数作为参数的函数。最经典的例子是 map
函数,它将函数应用在数组的每个值上,返回结果数组:
julia> map(round, [1.2,3.5,1.7])
3-element Array{Float64,1}:
1.0
4.0
2.0
map
的第一个参数可以是非匿名函数。但是大多数情况,不存在这样的函数时,匿名函数就可以简单地构造单用途的函数对象,而不需要名字:
julia> map(x -> x^2 + 2x - 1, [1,3,-1])
3-element Array{Int64,1}:
2
14
-2
匿名函数可以通过类似 (x,y,z)->2x+y-z
的语法接收多个参数。无参匿名函数则类似于 ()->3
。无参匿名函数可以“延迟”计算,做这个用处时,代码被封装进无参函数,以后可以通过把它命名为 f()
来引入。
Julia 中可以通过返回多元组来模拟返回多值。但是,多元组并不需要圆括号来构造和析构,因此造成了可以返回多值的假象。下例返回一对儿值:
julia> function foo(a,b)
a+b, a*b
end;
如果在交互式会话中调用这个函数,但不将返回值赋值出去,会看到返回的是多元组:
julia> foo(2,3)
(5,6)
Julia 支持简单的多元组“析构”来给变量赋值:
julia> x, y = foo(2,3);
julia> x
5
julia> y
6
也可以通过 return
来返回:
function foo(a,b)
return a+b, a*b
end
这与之前定义的 foo
结果相同。
函数的参数列表如果可以为任意个数,有时会非常方便。这种函数被称为“变参”函数,是“参数个数可变”的简称。可以在最后一个参数后紧跟省略号 ...
来定义变参函数:
julia> bar(a,b,x...) = (a,b,x)
bar (generic function with 1 method)
变量 a
和 b
是前两个普通的参数,变量 x
是尾随的可迭代的参数集合,其参数个数为 0
或多个:
julia> bar(1,2)
(1,2,())
julia> bar(1,2,3)
(1,2,(3,))
julia> bar(1,2,3,4)
(1,2,(3,4))
julia> bar(1,2,3,4,5,6)
(1,2,(3,4,5,6))
上述例子中, x
是传递给 bar
的尾随的值多元组。
函数调用时,也可以使用 ... :
julia> x = (3,4)
(3,4)
julia> bar(1,2,x...)
(1,2,(3,4))
上例中,多元组的值完全按照变参函数的定义进行内插,也可以不完全遵守其函数定义来调用:
julia> x = (2,3,4)
(2,3,4)
julia> bar(1,x...)
(1,2,(3,4))
julia> x = (1,2,3,4)
(1,2,3,4)
julia> bar(x...)
(1,2,(3,4))
被内插的对象也可以不是多元组:
julia> x = [3,4]
2-element Array{Int64,1}:
3
4
julia> bar(1,2,x...)
(1,2,(3,4))
julia> x = [1,2,3,4]
4-element Array{Int64,1}:
1
2
3
4
julia> bar(x...)
(1,2,(3,4))
原函数也可以不是变参函数(大多数情况下,应该写成变参函数):
baz(a,b) = a + b
julia> args = [1,2]
2-element Int64 Array:
1
2
julia> baz(args...)
3
julia> args = [1,2,3]
3-element Int64 Array:
1
2
3
julia> baz(args...)
no method baz(Int64,Int64,Int64)
但如果输入的参数个数不对,函数调用会失败。
很多时候,函数参数都有默认值。例如,库函数 parseint(num,base)
把字符串解析为某个进制的数。base
参数默认为 10
。这种情形可以写为:
function parseint(num, base=10)
###
end
这时,调用函数时,参数可以是一个或两个。当第二个参数未指明时,自动传递 10
:
julia> parseint("12",10)
12
julia> parseint("12",3)
5
julia> parseint("12")
12
可选参数很方便参数个数不同的多方法定义(详见方法)。
有些函数的参数个数很多,或者有很多行为。很难记住如何调用这种函数。关键字参数,允许通过参数名来区分参数,便于使用、扩展这些复杂接口。
例如,函数 plot
用于画出一条线。此函数有许多可选项,控制线的类型、宽度、颜色等。如果它接收关键字参数,当我们要指明线的宽度时,可以调用 plot(x, y, width=2)
之类的形式。这样的调用方法给参数添加了标签,便于阅读;也可以按任何顺序传递部分参数。
使用关键字参数的函数,在函数签名中使用分号来定义:
function plot(x, y; style="solid", width=1, color="black")
###
end
额外的关键字参数,可以像变参函数中一样,使用 ...
来匹配:
function f(x; y=0, args...)
###
end
在函数 f
内部,args
可以是 (key,value)
多元组的集合,其中 key
是符号。可以在函数调用时使用分号来传递这个集合, 如 f(x, z=1; args...).
这种情况下也可以使用字典。
关键字参数的默认值仅在必要的时候从左至右地被求值(当对应的关键字参数没有被传递),所以默认的(关键字参数的)表达式可以调用在它之前的关键字参数。
可选参数和关键字参数的区别在于它们的默认值是怎样被求值的。当可选的参数被求值时,只有在它之前的的参数在作用域之内; 与之相对的, 当关键字参数的默认值被计算时, 所有的参数都是在作用域之内。比如,定义函数:
function f(x, a=b, b=1)
###
end
在 a=b
中的 b
指的是该函数的作用域之外的 b
,而不是接下来 的参数 b
。然而,如果 a
和 b
都是关键字参数,那么它们都将在 生成在同一个作用域上,a=b
中的 b
指向的是接下来的参数 b
(遮蔽了任何外层空间的 b
), 并且 a=b
会得到未定义变量的错误
(因为默认 参数的表达式是自左而右的求值的,b
并没有被赋值)。
将函数作为参数传递给其它函数,当行数较多时,有时不太方便。下例在多行函数中调用 map
:
map(x->begin
if x < 0 && iseven(x)
return 0
elseif x == 0
return 1
else
return x
end
end,
[A, B, C])
Julia 提供了保留字 do
来重写这种代码,使之更清晰:
map([A, B, C]) do x
if x < 0 && iseven(x)
return 0
elseif x == 0
return 1
else
return x
end
end
do x
的语法创建一个含有参数 x
的匿名函数,并将其传给 map
作为第一个参数。类似地,do a,b
将创建一个含有两个参数的匿名函数,和一个朴素的 do
的声明以 () -> ....
方式说明如下是一个匿名函数。
如何将这些参数初始化取决于“外部”函数;在这里,map
将依次设置 x
到 A
, B
, C
,每个都将调用匿名函数,就像在语法 map(func, [A, B, C])
中做的一样。
因为语法的调用看起来像正常的代码块,所以这种语法使它更容易使用函数来有效地扩展语言。这里有许多可能完全不同于 map
的用途,如管理系统状态。例如,有一个版本的 open
,运行代码来确保打开的文件最终关闭:
open("outfile", "w") do io
write(io, data)
end
它可以通过以下定义来实现:
function open(f::Function, args...)
io = open(args...)
try
f(io)
finally
close(io)
end
end
对比的 map
的例子,这里的 IO 是通过 open("outfile", "w")
来实现初始化的。字符流之后会传递给您的执行写入的匿名函数;最后,open
的功能确保流在您的函数结束后是关闭状态的。 try/finally
的构造将在 控制流 中被描述。
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