Python 的 lambda 表达式

在很多资料中，经常会看到这样一句话：“Python 中的函数是第一类对象”。关于这一点，Python 的创始人 Guido 曾提过 “First-class Everything”，他对 Python 的一个发展目标就是所有的对象都是第一类对象。

1. 将函数作为第一类对象

1.1 什么是第一类对象

在前言中所说的第一类对象，其实是指函数作为一个对象，与其它对象具有相同的地位。具体来说，数值可以被赋值给变量、作为参数传递给函数、作为返回值，因为函数和数值具有相同的地位，所以函数也可以被赋值给变量、作为参数传递给函数、作为返回值。

Python 中的常见类型对象包括：

• 数值，例如：123、3.14
• 字符串，例如：“Hello”、“World”
• 布尔值，例如：True、False
• 列表，例如：[1, 2, 3]
• 字典，例如：{‘name’: ‘tom’, ‘age’: 12}

可以在如下场合中处理这些对象，包括：

1.1.1 将对象赋值给变量

可以将数值、字符串、列表、字典类型的对象赋值给变量，例如：

number = 123
string = "hello"
list = [1, 2, 3]
dict = {'name': 'tom', 'age': 12}

1.1.2 将对象作为参数传递

可以将数值、字符串、列表、字典类型的对象作为参数传递给函数，例如：

print(123)
print("hello")
print([1, 2, 3])
print({'name': 'tom', 'age': 12})

1.1.3 将对象用作返回值

可以将数值、字符串、列表、字典类型的对象作为函数的返回值，例如：

def return_number():
    return 123

def return_string():
    return "hello"

def return_list():
    return [1, 2, 3]    

def return_dict():    
    return {'name': 'tom', 'age': 12}

1.2 将函数作为第一类对象

将函数作为第一类对象，函数具有和数值、字符串、列表、字典等类型的对象具有相同的地位，因此：

1.2.1 可以将函数赋值给变量

def max(a, b):
    if a > b:
        return a
    else:
        return b

var = max
print('max = %d' % var(1, 2))

• 在第 1 行，定义函数 max
• 在第 7 行，将函数 max 作为值赋予变量 var
• 在第 8 行，变量 var 的类型是函数，因此可以进行函数调用

程序的输出结果如下：

max = 2

1.2.2 可以将函数作为参数传递

def func():
    print('Inside func')

def pass_func(data):   
    print('Inside pass_func')
    data()

pass_func(func)    

• 在第 1 行，定义函数 func
• 在第 4 行，定义函数 pass_func，函数 pass_func 的参数 data 的类型是函数
• 在第 6 行，调用函数 data()，data 的类型是函数，因此可以进行函数调用
• 在第 8 行，将函数 func 作为参数传递给函数 pass_func

程序的输出结果如下：

Inside pass_func
Inside func

1.2.3 可以将函数作为返回值

def func():
    print('Inside func')

def return_func():   
    print('Inside return_func')
    return func

var = return_func() 
var()

• 在第 1 行，定义函数 func
• 在第 4 行，定义函数 return_func，函数 return_func 返回一个函数类型的对象
• 在第 6 行，将函数 func 作为值返回
• 在第 8 行，调用 return_func()，将函数的返回值保存到变量 var
• 在第 9 行，变量 var 的类型是函数，因此可以进行函数调用

程序的输出结果如下：

Inside return_func
Inside func

2. 将函数作为第一类对象的意义

将函数作为第一类对象，是一种重要的抽象机制，极大的提升了程序的灵活性。通过一个例子进行说明。假设需要完成这样的任务：

• 存在一个列表 [1, -1, 2, -2, 3, -3]
• 打印输出列表中的正数
• 打印输出列表中的负数

我们使用两种方法实现：

• 包含重复性代码的解决方法
• 将函数作为参数传递

2.1 包含重复性代码的解决方法

list = [1, -1, 2, -2, 3, -3]

def print_positive(list):
    for item in list:
        if item > 0:
            print(item)

def print_negative(list):
    for item in list:
        if item < 0:
            print(item)

print_positive(list)
print_negative(list)

• 在第 3 行，定义了函数 print_positive，该函数打印 list 中的正数
• 在第 8 行，定义了函数 print_negative，该函数打印 list 中的负数
• 对比函数 print_positive 和函数 print_negative，两者的相似度很高
  • 代码的结构完全相同
  • 遍历 list 时，两者的选择条件不一样，print_positive 使用 item > 0 的条件选择，print_negative 使用 item < 0 的条件选择

程序的输出结果如下：

1
2
3
-1
-2
-3

2.2 将函数作为参数传递

list = [1, -1, 2, -2, 3, -3]

def select_positive(x):
    return x > 0

def select_negative(x):
    return x < 0

def select(list, select_function):
    for item in list:
        if select_function(item):
            print(item)

select(list, select_positive)
select(list, select_negative)

• 在第 3 行，定义了函数 select_postive，如果参数 > 0，则返回真
• 在第 6 行，定义了函数 select_negative，如果参数 < 0，则返回真
• 在第 9 行，定义了函数 select，包含两个参数，第 1 个参数是列表，第 2 个参数的类型是函数
  • 在第 10 行，遍历列表 list
  • 在第 11 行，参数 selct_function 是一个函数，用于选择是否选中当前正在遍历的数值
• 在第 14 行，将函数 select_positive 作为参数传递给函数 select，函数打印列表中的正数
• 在第 15 行，将函数 select_negative 作为参数传递给函数 select，函数打印列表中的负数

程序的输出结果如下：

1
2
3
-1
-2
-3

3. 匿名函数 lambda

3.1 lambda 表达式的定义

在传入函数时，有些时候，不需要显式地定义函数，直接传入匿名函数更方便。Python 提供了 lambda 表达式对匿名函数提供了有限支持，lambda 表达式的语法如下：

lambda args: expression

使用 lambda 表达式定义一个函数，函数判断输入参数是否大于 0，如下所示：

lambda x: x > 0

该函数等价于函数 select_positive，如下所示：

def select_positive(x):
    return x > 0

函数 select_positive 与 lambda 表达式的功能相同，函数 select_positive 具有函数名称，lambda 表达式没有函数名，因此 lambda 表达式又被称为匿名函数。

3.2 使用 lambda 表达式重写程序

在前面的小节中，将函数作为参数，编写程序实现打印正数和负数。下面使用 lambda 表达式重写这个程序:

list = [1, -1, 2, -2, 3, -3]

def select(list, select_function):
    for item in list:
        if select_function(item):
            print(item)

select(list, lambda item: item > 0)
select(list, lambda item: item < 0)

• 在第 3 行，定义了函数 select，它与前面的小节定义的函数完全相同
  • 在第 4 行，遍历列表 list
  • 在第 5 行，参数 selct_function 是一个函数，用于选择是否选中当前正在遍历的数值
• 在第 8 行，定义了 lambda 表达式
  • lambda 表达式判断输入参数是否为正数
  • 将 lambad 表达式作为参数传递给函数 select，函数打印列表中的正数
• 在第 9 行，定义了 lambda 表达式
  • lambda 表达式判断输入参数是否为负数
  • 将 lambad 表达式作为参数传递给函数 select，函数打印列表中的负数

程序输出结果如下：

1
2
3
-1
-2
-3

3.3 map 函数

使用 Python 内置的 map 函数时，通常会用到 lambda 表达式。map 函数的原型如下：

map(function, list)

map 函数接收两个参数 function 和 list，function 是一个函数，list 是一个可以被遍历的序列，map 将传入的函数依次作用到序列的每个元素，并把结果作为新的序列返回。map 函数的工作原理图如下：

+ 图的左边是一个序列 list，包含 3 个元素 1、2、3 + 调用函数 map 时，需要提供一个函数 y = f(x)，函数 f 将输入 x 映射为输出 y + 将函数 f 对图的左边的序列中的每个元素依次作用，得到图的右边的序列 + 图的右边是一个序列 list，包含 3 个元素 f(1)、f(2)、f(3)

list = [1, 2, 3]

list2 = map(lambda x: x * 2, list)
for item in list2:
    print(item)

list10 = map(lambda x: x + 10, list)
for item in list10:
    print(item)

• 在第 1 行，定义原始序列 list
• 在第 3 行，定义 lambda 函数，作用于 list 中的每个元素，将每个元素乘以 2，生成一个新序列 list2
• 在第 4 行，打印输出新序列 list2
• 在第 7 行，定义 lambda 函数，作用于 list 中的每个元素，将每个元素加上 10，生成一个新序列 list10
• 在第 8 行，打印输出新序列 list10

程序输出结果如下：

2
4
6
11
12
13

4. 小结

Python 对 lambda 函数 的支持有限。当我们在编写程序的时候如果代码只是用一次，并不会复用的时候 lambda 函数是一个非常好的选择。