函数式编程之pipeline——很酷有没有

Pipeline

pipeline 管道借鉴于Unix Shell的管道操作——把若干个命令串起来，前面命令的输出成为后面命令的输入，如此完成一个流式计算。（注：管道绝对是一个伟大的发明，他的设哲学就是KISS – 让每个功能就做一件事，并把这件事做到极致，软件或程序的拼装会变得更为简单和直观。这个设计理念影响非常深远，包括今天的Web Service，云计算，以及大数据的流式计算等等）

比如，我们如下的shell命令：

ps auwwx | awk '{print $2}' | sort -n | xargs echo

如果我们抽象成函数式的语言，就像下面这样：

xargs(  echo, sort(n, awk('print $2', ps(auwwx)))  )

也可以类似下面这个样子：

pids = for_each(result, [ps_auwwx, awk_p2, sort_n, xargs_echo])

好了，让我们来看看函数式编程的Pipeline怎么玩？

我们先来看一个如下的程序，这个程序的process()有三个步骤：

1）找出偶数。
2）乘以3
3）转成字符串返回

def process(num):
    # filter out non-evens
    if num % 2 != 0:
        return
    num = num * 3
    num = 'The Number: %s' % num
    return num
 
nums = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
 
for num in nums:
    print process(num)
 
# 输出：
# None
# The Number: 6
# None
# The Number: 12
# None
# The Number: 18
# None
# The Number: 24
# None
# The Number: 30

我们可以看到，输出的并不够完美，另外，代码阅读上如果没有注释，你也会比较晕。下面，我们来看看函数式的pipeline（第一种方式）应该怎么写？

def even_filter(nums):
    for num in nums:
        if num % 2 == 0:
            yield num
def multiply_by_three(nums):
    for num in nums:
        yield num * 3
def convert_to_string(nums):
    for num in nums:
        yield 'The Number: %s' % num
 
nums = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
pipeline = convert_to_string(multiply_by_three(even_filter(nums)))
for num in pipeline:
    print num
# 输出：
# The Number: 6
# The Number: 12
# The Number: 18
# The Number: 24
# The Number: 30

我们动用了Python的关键字 yield，这个关键字主要是返回一个Generator，yield 是一个类似 return 的关键字，只是这个函数返回的是个Generator-生成器。所谓生成器的意思是，yield返回的是一个可迭代的对象，并没有真正的执行函数。也就是说，只有其返回的迭代对象被真正迭代时，yield函数才会正真的运行，运行到yield语句时就会停住，然后等下一次的迭代。（这个是个比较诡异的关键字）这就是lazy evluation。

好了，根据前面的原则——“使用Map & Reduce，不要使用循环”，那我们用比较纯朴的Map & Reduce吧。

def even_filter(nums):
    return filter(lambda x: x%2==0, nums)
 
def multiply_by_three(nums):
    return map(lambda x: x*3, nums)
 
def convert_to_string(nums):
    return map(lambda x: 'The Number: %s' % x,  nums)
 
nums = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
pipeline = convert_to_string(
               multiply_by_three(
                   even_filter(nums)
               )
            )
for num in pipeline:
    print num

但是他们的代码需要嵌套使用函数，这个有点不爽，如果我们能像下面这个样子就好了（第二种方式）。

pipeline_func(nums, [even_filter,
                     multiply_by_three,
                     convert_to_string])

那么，pipeline_func 实现如下：

def pipeline_func(data, fns):
    return reduce(lambda a, x: x(a),
                  fns,
                  data)

好了，在读过这么多的程序后，你可以回头看一下这篇文章的开头对函数式编程的描述，可能你就更有感觉了。

最后，我希望这篇浅显易懂的文章能让你感受到函数式编程的思想，就像OO编程，泛型编程，过程式编程一样，我们不用太纠结是不是我们的程序就是OO，就是functional的，我们重要的品味其中的味道。

参考

补充：评论中redraiment的这个评论大家也可以读一读。

感谢谢网友S142857 提供的shell风格的python pipeline：

class Pipe(object):
    def __init__(self, func):
        self.func = func
 
    def __ror__(self, other):
        def generator():
            for obj in other:
                if obj is not None:
                    yield self.func(obj)
        return generator()
 
@Pipe
def even_filter(num):
    return num if num % 2 == 0 else None
 
@Pipe
def multiply_by_three(num):
    return num*3
 
@Pipe
def convert_to_string(num):
    return 'The Number: %s' % num
 
@Pipe
def echo(item):
    print item
    return item
 
def force(sqs):
    for item in sqs: pass
 
nums = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
 
force(nums | even_filter | multiply_by_three | convert_to_string | echo)