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  • Committer: Bazaar Package Importer
  • Author(s): Matthias Klose
  • Date: 2009-02-13 12:51:00 UTC
  • Revision ID: james.westby@ubuntu.com-20090213125100-uufgcb9yeqzujpqw
Tags: upstream-2.6.1
ImportĀ upstreamĀ versionĀ 2.6.1

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
 
1
********************************
 
2
  Functional Programming HOWTO
 
3
********************************
 
4
 
 
5
:Author: A. M. Kuchling
 
6
:Release: 0.31
 
7
 
 
8
(This is a first draft.  Please send comments/error reports/suggestions to
 
9
amk@amk.ca.)
 
10
 
 
11
In this document, we'll take a tour of Python's features suitable for
 
12
implementing programs in a functional style.  After an introduction to the
 
13
concepts of functional programming, we'll look at language features such as
 
14
:term:`iterator`\s and :term:`generator`\s and relevant library modules such as
 
15
:mod:`itertools` and :mod:`functools`.
 
16
 
 
17
 
 
18
Introduction
 
19
============
 
20
 
 
21
This section explains the basic concept of functional programming; if you're
 
22
just interested in learning about Python language features, skip to the next
 
23
section.
 
24
 
 
25
Programming languages support decomposing problems in several different ways:
 
26
 
 
27
* Most programming languages are **procedural**: programs are lists of
 
28
  instructions that tell the computer what to do with the program's input.  C,
 
29
  Pascal, and even Unix shells are procedural languages.
 
30
 
 
31
* In **declarative** languages, you write a specification that describes the
 
32
  problem to be solved, and the language implementation figures out how to
 
33
  perform the computation efficiently.  SQL is the declarative language you're
 
34
  most likely to be familiar with; a SQL query describes the data set you want
 
35
  to retrieve, and the SQL engine decides whether to scan tables or use indexes,
 
36
  which subclauses should be performed first, etc.
 
37
 
 
38
* **Object-oriented** programs manipulate collections of objects.  Objects have
 
39
  internal state and support methods that query or modify this internal state in
 
40
  some way. Smalltalk and Java are object-oriented languages.  C++ and Python
 
41
  are languages that support object-oriented programming, but don't force the
 
42
  use of object-oriented features.
 
43
 
 
44
* **Functional** programming decomposes a problem into a set of functions.
 
45
  Ideally, functions only take inputs and produce outputs, and don't have any
 
46
  internal state that affects the output produced for a given input.  Well-known
 
47
  functional languages include the ML family (Standard ML, OCaml, and other
 
48
  variants) and Haskell.
 
49
 
 
50
The designers of some computer languages choose to emphasize one
 
51
particular approach to programming.  This often makes it difficult to
 
52
write programs that use a different approach.  Other languages are
 
53
multi-paradigm languages that support several different approaches.
 
54
Lisp, C++, and Python are multi-paradigm; you can write programs or
 
55
libraries that are largely procedural, object-oriented, or functional
 
56
in all of these languages.  In a large program, different sections
 
57
might be written using different approaches; the GUI might be
 
58
object-oriented while the processing logic is procedural or
 
59
functional, for example.
 
60
 
 
61
In a functional program, input flows through a set of functions. Each function
 
62
operates on its input and produces some output.  Functional style discourages
 
63
functions with side effects that modify internal state or make other changes
 
64
that aren't visible in the function's return value.  Functions that have no side
 
65
effects at all are called **purely functional**.  Avoiding side effects means
 
66
not using data structures that get updated as a program runs; every function's
 
67
output must only depend on its input.
 
68
 
 
69
Some languages are very strict about purity and don't even have assignment
 
70
statements such as ``a=3`` or ``c = a + b``, but it's difficult to avoid all
 
71
side effects.  Printing to the screen or writing to a disk file are side
 
72
effects, for example.  For example, in Python a ``print`` statement or a
 
73
``time.sleep(1)`` both return no useful value; they're only called for their
 
74
side effects of sending some text to the screen or pausing execution for a
 
75
second.
 
76
 
 
77
Python programs written in functional style usually won't go to the extreme of
 
78
avoiding all I/O or all assignments; instead, they'll provide a
 
79
functional-appearing interface but will use non-functional features internally.
 
80
For example, the implementation of a function will still use assignments to
 
81
local variables, but won't modify global variables or have other side effects.
 
82
 
 
83
Functional programming can be considered the opposite of object-oriented
 
84
programming.  Objects are little capsules containing some internal state along
 
85
with a collection of method calls that let you modify this state, and programs
 
86
consist of making the right set of state changes.  Functional programming wants
 
87
to avoid state changes as much as possible and works with data flowing between
 
88
functions.  In Python you might combine the two approaches by writing functions
 
89
that take and return instances representing objects in your application (e-mail
 
90
messages, transactions, etc.).
 
91
 
 
92
Functional design may seem like an odd constraint to work under.  Why should you
 
93
avoid objects and side effects?  There are theoretical and practical advantages
 
94
to the functional style:
 
95
 
 
96
* Formal provability.
 
97
* Modularity.
 
98
* Composability.
 
99
* Ease of debugging and testing.
 
100
 
 
101
 
 
102
Formal provability
 
103
------------------
 
104
 
 
105
A theoretical benefit is that it's easier to construct a mathematical proof that
 
106
a functional program is correct.
 
107
 
 
108
For a long time researchers have been interested in finding ways to
 
109
mathematically prove programs correct.  This is different from testing a program
 
110
on numerous inputs and concluding that its output is usually correct, or reading
 
111
a program's source code and concluding that the code looks right; the goal is
 
112
instead a rigorous proof that a program produces the right result for all
 
113
possible inputs.
 
114
 
 
115
The technique used to prove programs correct is to write down **invariants**,
 
116
properties of the input data and of the program's variables that are always
 
117
true.  For each line of code, you then show that if invariants X and Y are true
 
118
**before** the line is executed, the slightly different invariants X' and Y' are
 
119
true **after** the line is executed.  This continues until you reach the end of
 
120
the program, at which point the invariants should match the desired conditions
 
121
on the program's output.
 
122
 
 
123
Functional programming's avoidance of assignments arose because assignments are
 
124
difficult to handle with this technique; assignments can break invariants that
 
125
were true before the assignment without producing any new invariants that can be
 
126
propagated onward.
 
127
 
 
128
Unfortunately, proving programs correct is largely impractical and not relevant
 
129
to Python software. Even trivial programs require proofs that are several pages
 
130
long; the proof of correctness for a moderately complicated program would be
 
131
enormous, and few or none of the programs you use daily (the Python interpreter,
 
132
your XML parser, your web browser) could be proven correct.  Even if you wrote
 
133
down or generated a proof, there would then be the question of verifying the
 
134
proof; maybe there's an error in it, and you wrongly believe you've proved the
 
135
program correct.
 
136
 
 
137
 
 
138
Modularity
 
139
----------
 
140
 
 
141
A more practical benefit of functional programming is that it forces you to
 
142
break apart your problem into small pieces.  Programs are more modular as a
 
143
result.  It's easier to specify and write a small function that does one thing
 
144
than a large function that performs a complicated transformation.  Small
 
145
functions are also easier to read and to check for errors.
 
146
 
 
147
 
 
148
Ease of debugging and testing 
 
149
-----------------------------
 
150
 
 
151
Testing and debugging a functional-style program is easier.
 
152
 
 
153
Debugging is simplified because functions are generally small and clearly
 
154
specified.  When a program doesn't work, each function is an interface point
 
155
where you can check that the data are correct.  You can look at the intermediate
 
156
inputs and outputs to quickly isolate the function that's responsible for a bug.
 
157
 
 
158
Testing is easier because each function is a potential subject for a unit test.
 
159
Functions don't depend on system state that needs to be replicated before
 
160
running a test; instead you only have to synthesize the right input and then
 
161
check that the output matches expectations.
 
162
 
 
163
 
 
164
Composability
 
165
-------------
 
166
 
 
167
As you work on a functional-style program, you'll write a number of functions
 
168
with varying inputs and outputs.  Some of these functions will be unavoidably
 
169
specialized to a particular application, but others will be useful in a wide
 
170
variety of programs.  For example, a function that takes a directory path and
 
171
returns all the XML files in the directory, or a function that takes a filename
 
172
and returns its contents, can be applied to many different situations.
 
173
 
 
174
Over time you'll form a personal library of utilities.  Often you'll assemble
 
175
new programs by arranging existing functions in a new configuration and writing
 
176
a few functions specialized for the current task.
 
177
 
 
178
 
 
179
Iterators
 
180
=========
 
181
 
 
182
I'll start by looking at a Python language feature that's an important
 
183
foundation for writing functional-style programs: iterators.
 
184
 
 
185
An iterator is an object representing a stream of data; this object returns the
 
186
data one element at a time.  A Python iterator must support a method called
 
187
``next()`` that takes no arguments and always returns the next element of the
 
188
stream.  If there are no more elements in the stream, ``next()`` must raise the
 
189
``StopIteration`` exception.  Iterators don't have to be finite, though; it's
 
190
perfectly reasonable to write an iterator that produces an infinite stream of
 
191
data.
 
192
 
 
193
The built-in :func:`iter` function takes an arbitrary object and tries to return
 
194
an iterator that will return the object's contents or elements, raising
 
195
:exc:`TypeError` if the object doesn't support iteration.  Several of Python's
 
196
built-in data types support iteration, the most common being lists and
 
197
dictionaries.  An object is called an **iterable** object if you can get an
 
198
iterator for it.
 
199
 
 
200
You can experiment with the iteration interface manually:
 
201
 
 
202
    >>> L = [1,2,3]
 
203
    >>> it = iter(L)
 
204
    >>> print it
 
205
    <...iterator object at ...>
 
206
    >>> it.next()
 
207
    1
 
208
    >>> it.next()
 
209
    2
 
210
    >>> it.next()
 
211
    3
 
212
    >>> it.next()
 
213
    Traceback (most recent call last):
 
214
      File "<stdin>", line 1, in ?
 
215
    StopIteration
 
216
    >>>      
 
217
 
 
218
Python expects iterable objects in several different contexts, the most
 
219
important being the ``for`` statement.  In the statement ``for X in Y``, Y must
 
220
be an iterator or some object for which ``iter()`` can create an iterator.
 
221
These two statements are equivalent::
 
222
 
 
223
    for i in iter(obj):
 
224
        print i
 
225
 
 
226
    for i in obj:
 
227
        print i
 
228
 
 
229
Iterators can be materialized as lists or tuples by using the :func:`list` or
 
230
:func:`tuple` constructor functions:
 
231
 
 
232
    >>> L = [1,2,3]
 
233
    >>> iterator = iter(L)
 
234
    >>> t = tuple(iterator)
 
235
    >>> t
 
236
    (1, 2, 3)
 
237
 
 
238
Sequence unpacking also supports iterators: if you know an iterator will return
 
239
N elements, you can unpack them into an N-tuple:
 
240
 
 
241
    >>> L = [1,2,3]
 
242
    >>> iterator = iter(L)
 
243
    >>> a,b,c = iterator
 
244
    >>> a,b,c
 
245
    (1, 2, 3)
 
246
 
 
247
Built-in functions such as :func:`max` and :func:`min` can take a single
 
248
iterator argument and will return the largest or smallest element.  The ``"in"``
 
249
and ``"not in"`` operators also support iterators: ``X in iterator`` is true if
 
250
X is found in the stream returned by the iterator.  You'll run into obvious
 
251
problems if the iterator is infinite; ``max()``, ``min()``, and ``"not in"``
 
252
will never return, and if the element X never appears in the stream, the
 
253
``"in"`` operator won't return either.
 
254
 
 
255
Note that you can only go forward in an iterator; there's no way to get the
 
256
previous element, reset the iterator, or make a copy of it.  Iterator objects
 
257
can optionally provide these additional capabilities, but the iterator protocol
 
258
only specifies the ``next()`` method.  Functions may therefore consume all of
 
259
the iterator's output, and if you need to do something different with the same
 
260
stream, you'll have to create a new iterator.
 
261
 
 
262
 
 
263
 
 
264
Data Types That Support Iterators
 
265
---------------------------------
 
266
 
 
267
We've already seen how lists and tuples support iterators.  In fact, any Python
 
268
sequence type, such as strings, will automatically support creation of an
 
269
iterator.
 
270
 
 
271
Calling :func:`iter` on a dictionary returns an iterator that will loop over the
 
272
dictionary's keys:
 
273
 
 
274
.. not a doctest since dict ordering varies across Pythons
 
275
 
 
276
::
 
277
 
 
278
    >>> m = {'Jan': 1, 'Feb': 2, 'Mar': 3, 'Apr': 4, 'May': 5, 'Jun': 6,
 
279
    ...      'Jul': 7, 'Aug': 8, 'Sep': 9, 'Oct': 10, 'Nov': 11, 'Dec': 12}
 
280
    >>> for key in m:
 
281
    ...     print key, m[key]
 
282
    Mar 3
 
283
    Feb 2
 
284
    Aug 8
 
285
    Sep 9
 
286
    Apr 4
 
287
    Jun 6
 
288
    Jul 7
 
289
    Jan 1
 
290
    May 5
 
291
    Nov 11
 
292
    Dec 12
 
293
    Oct 10
 
294
 
 
295
Note that the order is essentially random, because it's based on the hash
 
296
ordering of the objects in the dictionary.
 
297
 
 
298
Applying ``iter()`` to a dictionary always loops over the keys, but dictionaries
 
299
have methods that return other iterators.  If you want to iterate over keys,
 
300
values, or key/value pairs, you can explicitly call the ``iterkeys()``,
 
301
``itervalues()``, or ``iteritems()`` methods to get an appropriate iterator.
 
302
 
 
303
The :func:`dict` constructor can accept an iterator that returns a finite stream
 
304
of ``(key, value)`` tuples:
 
305
 
 
306
    >>> L = [('Italy', 'Rome'), ('France', 'Paris'), ('US', 'Washington DC')]
 
307
    >>> dict(iter(L))
 
308
    {'Italy': 'Rome', 'US': 'Washington DC', 'France': 'Paris'}
 
309
 
 
310
Files also support iteration by calling the ``readline()`` method until there
 
311
are no more lines in the file.  This means you can read each line of a file like
 
312
this::
 
313
 
 
314
    for line in file:
 
315
        # do something for each line
 
316
        ...
 
317
 
 
318
Sets can take their contents from an iterable and let you iterate over the set's
 
319
elements::
 
320
 
 
321
    S = set((2, 3, 5, 7, 11, 13))
 
322
    for i in S:
 
323
        print i
 
324
 
 
325
 
 
326
 
 
327
Generator expressions and list comprehensions
 
328
=============================================
 
329
 
 
330
Two common operations on an iterator's output are 1) performing some operation
 
331
for every element, 2) selecting a subset of elements that meet some condition.
 
332
For example, given a list of strings, you might want to strip off trailing
 
333
whitespace from each line or extract all the strings containing a given
 
334
substring.
 
335
 
 
336
List comprehensions and generator expressions (short form: "listcomps" and
 
337
"genexps") are a concise notation for such operations, borrowed from the
 
338
functional programming language Haskell (http://www.haskell.org).  You can strip
 
339
all the whitespace from a stream of strings with the following code::
 
340
 
 
341
    line_list = ['  line 1\n', 'line 2  \n', ...]
 
342
 
 
343
    # Generator expression -- returns iterator
 
344
    stripped_iter = (line.strip() for line in line_list)
 
345
 
 
346
    # List comprehension -- returns list
 
347
    stripped_list = [line.strip() for line in line_list]
 
348
 
 
349
You can select only certain elements by adding an ``"if"`` condition::
 
350
 
 
351
    stripped_list = [line.strip() for line in line_list
 
352
                     if line != ""]
 
353
 
 
354
With a list comprehension, you get back a Python list; ``stripped_list`` is a
 
355
list containing the resulting lines, not an iterator.  Generator expressions
 
356
return an iterator that computes the values as necessary, not needing to
 
357
materialize all the values at once.  This means that list comprehensions aren't
 
358
useful if you're working with iterators that return an infinite stream or a very
 
359
large amount of data.  Generator expressions are preferable in these situations.
 
360
 
 
361
Generator expressions are surrounded by parentheses ("()") and list
 
362
comprehensions are surrounded by square brackets ("[]").  Generator expressions
 
363
have the form::
 
364
 
 
365
    ( expression for expr in sequence1 
 
366
                 if condition1
 
367
                 for expr2 in sequence2
 
368
                 if condition2
 
369
                 for expr3 in sequence3 ...
 
370
                 if condition3
 
371
                 for exprN in sequenceN
 
372
                 if conditionN )
 
373
 
 
374
Again, for a list comprehension only the outside brackets are different (square
 
375
brackets instead of parentheses).
 
376
 
 
377
The elements of the generated output will be the successive values of
 
378
``expression``.  The ``if`` clauses are all optional; if present, ``expression``
 
379
is only evaluated and added to the result when ``condition`` is true.
 
380
 
 
381
Generator expressions always have to be written inside parentheses, but the
 
382
parentheses signalling a function call also count.  If you want to create an
 
383
iterator that will be immediately passed to a function you can write::
 
384
 
 
385
    obj_total = sum(obj.count for obj in list_all_objects())
 
386
 
 
387
The ``for...in`` clauses contain the sequences to be iterated over.  The
 
388
sequences do not have to be the same length, because they are iterated over from
 
389
left to right, **not** in parallel.  For each element in ``sequence1``,
 
390
``sequence2`` is looped over from the beginning.  ``sequence3`` is then looped
 
391
over for each resulting pair of elements from ``sequence1`` and ``sequence2``.
 
392
 
 
393
To put it another way, a list comprehension or generator expression is
 
394
equivalent to the following Python code::
 
395
 
 
396
    for expr1 in sequence1:
 
397
        if not (condition1):
 
398
            continue   # Skip this element
 
399
        for expr2 in sequence2:
 
400
            if not (condition2):
 
401
                continue    # Skip this element
 
402
            ...
 
403
            for exprN in sequenceN:
 
404
                 if not (conditionN):
 
405
                     continue   # Skip this element
 
406
 
 
407
                 # Output the value of 
 
408
                 # the expression.
 
409
 
 
410
This means that when there are multiple ``for...in`` clauses but no ``if``
 
411
clauses, the length of the resulting output will be equal to the product of the
 
412
lengths of all the sequences.  If you have two lists of length 3, the output
 
413
list is 9 elements long:
 
414
 
 
415
.. doctest::
 
416
    :options: +NORMALIZE_WHITESPACE
 
417
 
 
418
    >>> seq1 = 'abc'
 
419
    >>> seq2 = (1,2,3)
 
420
    >>> [(x,y) for x in seq1 for y in seq2]
 
421
    [('a', 1), ('a', 2), ('a', 3), 
 
422
     ('b', 1), ('b', 2), ('b', 3), 
 
423
     ('c', 1), ('c', 2), ('c', 3)]
 
424
 
 
425
To avoid introducing an ambiguity into Python's grammar, if ``expression`` is
 
426
creating a tuple, it must be surrounded with parentheses.  The first list
 
427
comprehension below is a syntax error, while the second one is correct::
 
428
 
 
429
    # Syntax error
 
430
    [ x,y for x in seq1 for y in seq2]
 
431
    # Correct
 
432
    [ (x,y) for x in seq1 for y in seq2]
 
433
 
 
434
 
 
435
Generators
 
436
==========
 
437
 
 
438
Generators are a special class of functions that simplify the task of writing
 
439
iterators.  Regular functions compute a value and return it, but generators
 
440
return an iterator that returns a stream of values.
 
441
 
 
442
You're doubtless familiar with how regular function calls work in Python or C.
 
443
When you call a function, it gets a private namespace where its local variables
 
444
are created.  When the function reaches a ``return`` statement, the local
 
445
variables are destroyed and the value is returned to the caller.  A later call
 
446
to the same function creates a new private namespace and a fresh set of local
 
447
variables. But, what if the local variables weren't thrown away on exiting a
 
448
function?  What if you could later resume the function where it left off?  This
 
449
is what generators provide; they can be thought of as resumable functions.
 
450
 
 
451
Here's the simplest example of a generator function:
 
452
 
 
453
.. testcode::
 
454
 
 
455
    def generate_ints(N):
 
456
        for i in range(N):
 
457
            yield i
 
458
 
 
459
Any function containing a ``yield`` keyword is a generator function; this is
 
460
detected by Python's :term:`bytecode` compiler which compiles the function
 
461
specially as a result.
 
462
 
 
463
When you call a generator function, it doesn't return a single value; instead it
 
464
returns a generator object that supports the iterator protocol.  On executing
 
465
the ``yield`` expression, the generator outputs the value of ``i``, similar to a
 
466
``return`` statement.  The big difference between ``yield`` and a ``return``
 
467
statement is that on reaching a ``yield`` the generator's state of execution is
 
468
suspended and local variables are preserved.  On the next call to the
 
469
generator's ``.next()`` method, the function will resume executing.
 
470
 
 
471
Here's a sample usage of the ``generate_ints()`` generator:
 
472
 
 
473
    >>> gen = generate_ints(3)
 
474
    >>> gen
 
475
    <generator object at ...>
 
476
    >>> gen.next()
 
477
    0
 
478
    >>> gen.next()
 
479
    1
 
480
    >>> gen.next()
 
481
    2
 
482
    >>> gen.next()
 
483
    Traceback (most recent call last):
 
484
      File "stdin", line 1, in ?
 
485
      File "stdin", line 2, in generate_ints
 
486
    StopIteration
 
487
 
 
488
You could equally write ``for i in generate_ints(5)``, or ``a,b,c =
 
489
generate_ints(3)``.
 
490
 
 
491
Inside a generator function, the ``return`` statement can only be used without a
 
492
value, and signals the end of the procession of values; after executing a
 
493
``return`` the generator cannot return any further values.  ``return`` with a
 
494
value, such as ``return 5``, is a syntax error inside a generator function.  The
 
495
end of the generator's results can also be indicated by raising
 
496
``StopIteration`` manually, or by just letting the flow of execution fall off
 
497
the bottom of the function.
 
498
 
 
499
You could achieve the effect of generators manually by writing your own class
 
500
and storing all the local variables of the generator as instance variables.  For
 
501
example, returning a list of integers could be done by setting ``self.count`` to
 
502
0, and having the ``next()`` method increment ``self.count`` and return it.
 
503
However, for a moderately complicated generator, writing a corresponding class
 
504
can be much messier.
 
505
 
 
506
The test suite included with Python's library, ``test_generators.py``, contains
 
507
a number of more interesting examples.  Here's one generator that implements an
 
508
in-order traversal of a tree using generators recursively. ::
 
509
 
 
510
    # A recursive generator that generates Tree leaves in in-order.
 
511
    def inorder(t):
 
512
        if t:
 
513
            for x in inorder(t.left):
 
514
                yield x
 
515
 
 
516
            yield t.label
 
517
 
 
518
            for x in inorder(t.right):
 
519
                yield x
 
520
 
 
521
Two other examples in ``test_generators.py`` produce solutions for the N-Queens
 
522
problem (placing N queens on an NxN chess board so that no queen threatens
 
523
another) and the Knight's Tour (finding a route that takes a knight to every
 
524
square of an NxN chessboard without visiting any square twice).
 
525
 
 
526
 
 
527
 
 
528
Passing values into a generator
 
529
-------------------------------
 
530
 
 
531
In Python 2.4 and earlier, generators only produced output.  Once a generator's
 
532
code was invoked to create an iterator, there was no way to pass any new
 
533
information into the function when its execution is resumed.  You could hack
 
534
together this ability by making the generator look at a global variable or by
 
535
passing in some mutable object that callers then modify, but these approaches
 
536
are messy.
 
537
 
 
538
In Python 2.5 there's a simple way to pass values into a generator.
 
539
:keyword:`yield` became an expression, returning a value that can be assigned to
 
540
a variable or otherwise operated on::
 
541
 
 
542
    val = (yield i)
 
543
 
 
544
I recommend that you **always** put parentheses around a ``yield`` expression
 
545
when you're doing something with the returned value, as in the above example.
 
546
The parentheses aren't always necessary, but it's easier to always add them
 
547
instead of having to remember when they're needed.
 
548
 
 
549
(PEP 342 explains the exact rules, which are that a ``yield``-expression must
 
550
always be parenthesized except when it occurs at the top-level expression on the
 
551
right-hand side of an assignment.  This means you can write ``val = yield i``
 
552
but have to use parentheses when there's an operation, as in ``val = (yield i)
 
553
+ 12``.)
 
554
 
 
555
Values are sent into a generator by calling its ``send(value)`` method.  This
 
556
method resumes the generator's code and the ``yield`` expression returns the
 
557
specified value.  If the regular ``next()`` method is called, the ``yield``
 
558
returns ``None``.
 
559
 
 
560
Here's a simple counter that increments by 1 and allows changing the value of
 
561
the internal counter.
 
562
 
 
563
.. testcode::
 
564
 
 
565
    def counter (maximum):
 
566
        i = 0
 
567
        while i < maximum:
 
568
            val = (yield i)
 
569
            # If value provided, change counter
 
570
            if val is not None:
 
571
                i = val
 
572
            else:
 
573
                i += 1
 
574
 
 
575
And here's an example of changing the counter:
 
576
 
 
577
    >>> it = counter(10)
 
578
    >>> print it.next()
 
579
    0
 
580
    >>> print it.next()
 
581
    1
 
582
    >>> print it.send(8)
 
583
    8
 
584
    >>> print it.next()
 
585
    9
 
586
    >>> print it.next()
 
587
    Traceback (most recent call last):
 
588
      File ``t.py'', line 15, in ?
 
589
        print it.next()
 
590
    StopIteration
 
591
 
 
592
Because ``yield`` will often be returning ``None``, you should always check for
 
593
this case.  Don't just use its value in expressions unless you're sure that the
 
594
``send()`` method will be the only method used resume your generator function.
 
595
 
 
596
In addition to ``send()``, there are two other new methods on generators:
 
597
 
 
598
* ``throw(type, value=None, traceback=None)`` is used to raise an exception
 
599
  inside the generator; the exception is raised by the ``yield`` expression
 
600
  where the generator's execution is paused.
 
601
 
 
602
* ``close()`` raises a :exc:`GeneratorExit` exception inside the generator to
 
603
  terminate the iteration.  On receiving this exception, the generator's code
 
604
  must either raise :exc:`GeneratorExit` or :exc:`StopIteration`; catching the
 
605
  exception and doing anything else is illegal and will trigger a
 
606
  :exc:`RuntimeError`.  ``close()`` will also be called by Python's garbage
 
607
  collector when the generator is garbage-collected.
 
608
 
 
609
  If you need to run cleanup code when a :exc:`GeneratorExit` occurs, I suggest
 
610
  using a ``try: ... finally:`` suite instead of catching :exc:`GeneratorExit`.
 
611
 
 
612
The cumulative effect of these changes is to turn generators from one-way
 
613
producers of information into both producers and consumers.
 
614
 
 
615
Generators also become **coroutines**, a more generalized form of subroutines.
 
616
Subroutines are entered at one point and exited at another point (the top of the
 
617
function, and a ``return`` statement), but coroutines can be entered, exited,
 
618
and resumed at many different points (the ``yield`` statements).
 
619
 
 
620
 
 
621
Built-in functions
 
622
==================
 
623
 
 
624
Let's look in more detail at built-in functions often used with iterators.
 
625
 
 
626
Two of Python's built-in functions, :func:`map` and :func:`filter`, are somewhat
 
627
obsolete; they duplicate the features of list comprehensions but return actual
 
628
lists instead of iterators.
 
629
 
 
630
``map(f, iterA, iterB, ...)`` returns a list containing ``f(iterA[0], iterB[0]),
 
631
f(iterA[1], iterB[1]), f(iterA[2], iterB[2]), ...``.
 
632
 
 
633
    >>> def upper(s):
 
634
    ...     return s.upper()
 
635
 
 
636
    >>> map(upper, ['sentence', 'fragment'])
 
637
    ['SENTENCE', 'FRAGMENT']
 
638
 
 
639
    >>> [upper(s) for s in ['sentence', 'fragment']]
 
640
    ['SENTENCE', 'FRAGMENT']
 
641
 
 
642
As shown above, you can achieve the same effect with a list comprehension.  The
 
643
:func:`itertools.imap` function does the same thing but can handle infinite
 
644
iterators; it'll be discussed later, in the section on the :mod:`itertools` module.
 
645
 
 
646
``filter(predicate, iter)`` returns a list that contains all the sequence
 
647
elements that meet a certain condition, and is similarly duplicated by list
 
648
comprehensions.  A **predicate** is a function that returns the truth value of
 
649
some condition; for use with :func:`filter`, the predicate must take a single
 
650
value.
 
651
 
 
652
    >>> def is_even(x):
 
653
    ...     return (x % 2) == 0
 
654
 
 
655
    >>> filter(is_even, range(10))
 
656
    [0, 2, 4, 6, 8]
 
657
 
 
658
This can also be written as a list comprehension:
 
659
 
 
660
    >>> [x for x in range(10) if is_even(x)]
 
661
    [0, 2, 4, 6, 8]
 
662
 
 
663
:func:`filter` also has a counterpart in the :mod:`itertools` module,
 
664
:func:`itertools.ifilter`, that returns an iterator and can therefore handle
 
665
infinite sequences just as :func:`itertools.imap` can.
 
666
 
 
667
``reduce(func, iter, [initial_value])`` doesn't have a counterpart in the
 
668
:mod:`itertools` module because it cumulatively performs an operation on all the
 
669
iterable's elements and therefore can't be applied to infinite iterables.
 
670
``func`` must be a function that takes two elements and returns a single value.
 
671
:func:`reduce` takes the first two elements A and B returned by the iterator and
 
672
calculates ``func(A, B)``.  It then requests the third element, C, calculates
 
673
``func(func(A, B), C)``, combines this result with the fourth element returned,
 
674
and continues until the iterable is exhausted.  If the iterable returns no
 
675
values at all, a :exc:`TypeError` exception is raised.  If the initial value is
 
676
supplied, it's used as a starting point and ``func(initial_value, A)`` is the
 
677
first calculation.
 
678
 
 
679
    >>> import operator
 
680
    >>> reduce(operator.concat, ['A', 'BB', 'C'])
 
681
    'ABBC'
 
682
    >>> reduce(operator.concat, [])
 
683
    Traceback (most recent call last):
 
684
      ...
 
685
    TypeError: reduce() of empty sequence with no initial value
 
686
    >>> reduce(operator.mul, [1,2,3], 1)
 
687
    6
 
688
    >>> reduce(operator.mul, [], 1)
 
689
    1
 
690
 
 
691
If you use :func:`operator.add` with :func:`reduce`, you'll add up all the
 
692
elements of the iterable.  This case is so common that there's a special
 
693
built-in called :func:`sum` to compute it:
 
694
 
 
695
    >>> reduce(operator.add, [1,2,3,4], 0)
 
696
    10
 
697
    >>> sum([1,2,3,4])
 
698
    10
 
699
    >>> sum([])
 
700
    0
 
701
 
 
702
For many uses of :func:`reduce`, though, it can be clearer to just write the
 
703
obvious :keyword:`for` loop::
 
704
 
 
705
    # Instead of:
 
706
    product = reduce(operator.mul, [1,2,3], 1)
 
707
 
 
708
    # You can write:
 
709
    product = 1
 
710
    for i in [1,2,3]:
 
711
        product *= i
 
712
 
 
713
 
 
714
``enumerate(iter)`` counts off the elements in the iterable, returning 2-tuples
 
715
containing the count and each element.
 
716
 
 
717
    >>> for item in enumerate(['subject', 'verb', 'object']):
 
718
    ...     print item
 
719
    (0, 'subject')
 
720
    (1, 'verb')
 
721
    (2, 'object')
 
722
 
 
723
:func:`enumerate` is often used when looping through a list and recording the
 
724
indexes at which certain conditions are met::
 
725
 
 
726
    f = open('data.txt', 'r')
 
727
    for i, line in enumerate(f):
 
728
        if line.strip() == '':
 
729
            print 'Blank line at line #%i' % i
 
730
 
 
731
``sorted(iterable, [cmp=None], [key=None], [reverse=False)`` collects all the
 
732
elements of the iterable into a list, sorts the list, and returns the sorted
 
733
result.  The ``cmp``, ``key``, and ``reverse`` arguments are passed through to
 
734
the constructed list's ``.sort()`` method. ::
 
735
 
 
736
    >>> import random
 
737
    >>> # Generate 8 random numbers between [0, 10000)
 
738
    >>> rand_list = random.sample(range(10000), 8)
 
739
    >>> rand_list
 
740
    [769, 7953, 9828, 6431, 8442, 9878, 6213, 2207]
 
741
    >>> sorted(rand_list)
 
742
    [769, 2207, 6213, 6431, 7953, 8442, 9828, 9878]
 
743
    >>> sorted(rand_list, reverse=True)
 
744
    [9878, 9828, 8442, 7953, 6431, 6213, 2207, 769]
 
745
 
 
746
(For a more detailed discussion of sorting, see the Sorting mini-HOWTO in the
 
747
Python wiki at http://wiki.python.org/moin/HowTo/Sorting.)
 
748
 
 
749
The ``any(iter)`` and ``all(iter)`` built-ins look at the truth values of an
 
750
iterable's contents.  :func:`any` returns True if any element in the iterable is
 
751
a true value, and :func:`all` returns True if all of the elements are true
 
752
values:
 
753
 
 
754
    >>> any([0,1,0])
 
755
    True
 
756
    >>> any([0,0,0])
 
757
    False
 
758
    >>> any([1,1,1])
 
759
    True
 
760
    >>> all([0,1,0])
 
761
    False
 
762
    >>> all([0,0,0]) 
 
763
    False
 
764
    >>> all([1,1,1])
 
765
    True
 
766
 
 
767
 
 
768
Small functions and the lambda expression
 
769
=========================================
 
770
 
 
771
When writing functional-style programs, you'll often need little functions that
 
772
act as predicates or that combine elements in some way.
 
773
 
 
774
If there's a Python built-in or a module function that's suitable, you don't
 
775
need to define a new function at all::
 
776
 
 
777
    stripped_lines = [line.strip() for line in lines]
 
778
    existing_files = filter(os.path.exists, file_list)
 
779
 
 
780
If the function you need doesn't exist, you need to write it.  One way to write
 
781
small functions is to use the ``lambda`` statement.  ``lambda`` takes a number
 
782
of parameters and an expression combining these parameters, and creates a small
 
783
function that returns the value of the expression::
 
784
 
 
785
    lowercase = lambda x: x.lower()
 
786
 
 
787
    print_assign = lambda name, value: name + '=' + str(value)
 
788
 
 
789
    adder = lambda x, y: x+y
 
790
 
 
791
An alternative is to just use the ``def`` statement and define a function in the
 
792
usual way::
 
793
 
 
794
    def lowercase(x):
 
795
        return x.lower()
 
796
 
 
797
    def print_assign(name, value):
 
798
        return name + '=' + str(value)
 
799
 
 
800
    def adder(x,y):
 
801
        return x + y
 
802
 
 
803
Which alternative is preferable?  That's a style question; my usual course is to
 
804
avoid using ``lambda``.
 
805
 
 
806
One reason for my preference is that ``lambda`` is quite limited in the
 
807
functions it can define.  The result has to be computable as a single
 
808
expression, which means you can't have multiway ``if... elif... else``
 
809
comparisons or ``try... except`` statements.  If you try to do too much in a
 
810
``lambda`` statement, you'll end up with an overly complicated expression that's
 
811
hard to read.  Quick, what's the following code doing?
 
812
 
 
813
::
 
814
 
 
815
    total = reduce(lambda a, b: (0, a[1] + b[1]), items)[1]
 
816
 
 
817
You can figure it out, but it takes time to disentangle the expression to figure
 
818
out what's going on.  Using a short nested ``def`` statements makes things a
 
819
little bit better::
 
820
 
 
821
    def combine (a, b):
 
822
        return 0, a[1] + b[1]
 
823
 
 
824
    total = reduce(combine, items)[1]
 
825
 
 
826
But it would be best of all if I had simply used a ``for`` loop::
 
827
 
 
828
     total = 0
 
829
     for a, b in items:
 
830
         total += b
 
831
 
 
832
Or the :func:`sum` built-in and a generator expression::
 
833
 
 
834
     total = sum(b for a,b in items)
 
835
 
 
836
Many uses of :func:`reduce` are clearer when written as ``for`` loops.
 
837
 
 
838
Fredrik Lundh once suggested the following set of rules for refactoring uses of
 
839
``lambda``:
 
840
 
 
841
1) Write a lambda function.
 
842
2) Write a comment explaining what the heck that lambda does.
 
843
3) Study the comment for a while, and think of a name that captures the essence
 
844
   of the comment.
 
845
4) Convert the lambda to a def statement, using that name.
 
846
5) Remove the comment.
 
847
 
 
848
I really like these rules, but you're free to disagree 
 
849
about whether this lambda-free style is better.
 
850
 
 
851
 
 
852
The itertools module
 
853
====================
 
854
 
 
855
The :mod:`itertools` module contains a number of commonly-used iterators as well
 
856
as functions for combining several iterators.  This section will introduce the
 
857
module's contents by showing small examples.
 
858
 
 
859
The module's functions fall into a few broad classes:
 
860
 
 
861
* Functions that create a new iterator based on an existing iterator.
 
862
* Functions for treating an iterator's elements as function arguments.
 
863
* Functions for selecting portions of an iterator's output.
 
864
* A function for grouping an iterator's output.
 
865
 
 
866
Creating new iterators
 
867
----------------------
 
868
 
 
869
``itertools.count(n)`` returns an infinite stream of integers, increasing by 1
 
870
each time.  You can optionally supply the starting number, which defaults to 0::
 
871
 
 
872
    itertools.count() =>
 
873
      0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ...
 
874
    itertools.count(10) =>
 
875
      10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, ...
 
876
 
 
877
``itertools.cycle(iter)`` saves a copy of the contents of a provided iterable
 
878
and returns a new iterator that returns its elements from first to last.  The
 
879
new iterator will repeat these elements infinitely. ::
 
880
 
 
881
    itertools.cycle([1,2,3,4,5]) =>
 
882
      1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 3, 4, 5, ...
 
883
 
 
884
``itertools.repeat(elem, [n])`` returns the provided element ``n`` times, or
 
885
returns the element endlessly if ``n`` is not provided. ::
 
886
 
 
887
    itertools.repeat('abc') =>
 
888
      abc, abc, abc, abc, abc, abc, abc, abc, abc, abc, ...
 
889
    itertools.repeat('abc', 5) =>
 
890
      abc, abc, abc, abc, abc
 
891
 
 
892
``itertools.chain(iterA, iterB, ...)`` takes an arbitrary number of iterables as
 
893
input, and returns all the elements of the first iterator, then all the elements
 
894
of the second, and so on, until all of the iterables have been exhausted. ::
 
895
 
 
896
    itertools.chain(['a', 'b', 'c'], (1, 2, 3)) =>
 
897
      a, b, c, 1, 2, 3
 
898
 
 
899
``itertools.izip(iterA, iterB, ...)`` takes one element from each iterable and
 
900
returns them in a tuple::
 
901
 
 
902
    itertools.izip(['a', 'b', 'c'], (1, 2, 3)) =>
 
903
      ('a', 1), ('b', 2), ('c', 3)
 
904
 
 
905
It's similar to the built-in :func:`zip` function, but doesn't construct an
 
906
in-memory list and exhaust all the input iterators before returning; instead
 
907
tuples are constructed and returned only if they're requested.  (The technical
 
908
term for this behaviour is `lazy evaluation
 
909
<http://en.wikipedia.org/wiki/Lazy_evaluation>`__.)
 
910
 
 
911
This iterator is intended to be used with iterables that are all of the same
 
912
length.  If the iterables are of different lengths, the resulting stream will be
 
913
the same length as the shortest iterable. ::
 
914
 
 
915
    itertools.izip(['a', 'b'], (1, 2, 3)) =>
 
916
      ('a', 1), ('b', 2)
 
917
 
 
918
You should avoid doing this, though, because an element may be taken from the
 
919
longer iterators and discarded.  This means you can't go on to use the iterators
 
920
further because you risk skipping a discarded element.
 
921
 
 
922
``itertools.islice(iter, [start], stop, [step])`` returns a stream that's a
 
923
slice of the iterator.  With a single ``stop`` argument, it will return the
 
924
first ``stop`` elements.  If you supply a starting index, you'll get
 
925
``stop-start`` elements, and if you supply a value for ``step``, elements will
 
926
be skipped accordingly.  Unlike Python's string and list slicing, you can't use
 
927
negative values for ``start``, ``stop``, or ``step``. ::
 
928
 
 
929
    itertools.islice(range(10), 8) =>
 
930
      0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
 
931
    itertools.islice(range(10), 2, 8) =>
 
932
      2, 3, 4, 5, 6, 7
 
933
    itertools.islice(range(10), 2, 8, 2) =>
 
934
      2, 4, 6
 
935
 
 
936
``itertools.tee(iter, [n])`` replicates an iterator; it returns ``n``
 
937
independent iterators that will all return the contents of the source iterator.
 
938
If you don't supply a value for ``n``, the default is 2.  Replicating iterators
 
939
requires saving some of the contents of the source iterator, so this can consume
 
940
significant memory if the iterator is large and one of the new iterators is
 
941
consumed more than the others. ::
 
942
 
 
943
        itertools.tee( itertools.count() ) =>
 
944
           iterA, iterB
 
945
 
 
946
        where iterA ->
 
947
           0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ...
 
948
 
 
949
        and   iterB ->
 
950
           0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ...
 
951
 
 
952
 
 
953
Calling functions on elements
 
954
-----------------------------
 
955
 
 
956
Two functions are used for calling other functions on the contents of an
 
957
iterable.
 
958
 
 
959
``itertools.imap(f, iterA, iterB, ...)`` returns a stream containing
 
960
``f(iterA[0], iterB[0]), f(iterA[1], iterB[1]), f(iterA[2], iterB[2]), ...``::
 
961
 
 
962
    itertools.imap(operator.add, [5, 6, 5], [1, 2, 3]) =>
 
963
      6, 8, 8
 
964
 
 
965
The ``operator`` module contains a set of functions corresponding to Python's
 
966
operators.  Some examples are ``operator.add(a, b)`` (adds two values),
 
967
``operator.ne(a, b)`` (same as ``a!=b``), and ``operator.attrgetter('id')``
 
968
(returns a callable that fetches the ``"id"`` attribute).
 
969
 
 
970
``itertools.starmap(func, iter)`` assumes that the iterable will return a stream
 
971
of tuples, and calls ``f()`` using these tuples as the arguments::
 
972
 
 
973
    itertools.starmap(os.path.join, 
 
974
                      [('/usr', 'bin', 'java'), ('/bin', 'python'),
 
975
                       ('/usr', 'bin', 'perl'),('/usr', 'bin', 'ruby')])
 
976
    =>
 
977
      /usr/bin/java, /bin/python, /usr/bin/perl, /usr/bin/ruby
 
978
 
 
979
 
 
980
Selecting elements
 
981
------------------
 
982
 
 
983
Another group of functions chooses a subset of an iterator's elements based on a
 
984
predicate.
 
985
 
 
986
``itertools.ifilter(predicate, iter)`` returns all the elements for which the
 
987
predicate returns true::
 
988
 
 
989
    def is_even(x):
 
990
        return (x % 2) == 0
 
991
 
 
992
    itertools.ifilter(is_even, itertools.count()) =>
 
993
      0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, ...
 
994
 
 
995
``itertools.ifilterfalse(predicate, iter)`` is the opposite, returning all
 
996
elements for which the predicate returns false::
 
997
 
 
998
    itertools.ifilterfalse(is_even, itertools.count()) =>
 
999
      1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, ...
 
1000
 
 
1001
``itertools.takewhile(predicate, iter)`` returns elements for as long as the
 
1002
predicate returns true.  Once the predicate returns false, the iterator will
 
1003
signal the end of its results.
 
1004
 
 
1005
::
 
1006
 
 
1007
    def less_than_10(x):
 
1008
        return (x < 10)
 
1009
 
 
1010
    itertools.takewhile(less_than_10, itertools.count()) =>
 
1011
      0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
 
1012
 
 
1013
    itertools.takewhile(is_even, itertools.count()) =>
 
1014
      0
 
1015
 
 
1016
``itertools.dropwhile(predicate, iter)`` discards elements while the predicate
 
1017
returns true, and then returns the rest of the iterable's results.
 
1018
 
 
1019
::
 
1020
 
 
1021
    itertools.dropwhile(less_than_10, itertools.count()) =>
 
1022
      10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, ...
 
1023
 
 
1024
    itertools.dropwhile(is_even, itertools.count()) =>
 
1025
      1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, ...
 
1026
 
 
1027
 
 
1028
Grouping elements
 
1029
-----------------
 
1030
 
 
1031
The last function I'll discuss, ``itertools.groupby(iter, key_func=None)``, is
 
1032
the most complicated.  ``key_func(elem)`` is a function that can compute a key
 
1033
value for each element returned by the iterable.  If you don't supply a key
 
1034
function, the key is simply each element itself.
 
1035
 
 
1036
``groupby()`` collects all the consecutive elements from the underlying iterable
 
1037
that have the same key value, and returns a stream of 2-tuples containing a key
 
1038
value and an iterator for the elements with that key.
 
1039
 
 
1040
::
 
1041
 
 
1042
    city_list = [('Decatur', 'AL'), ('Huntsville', 'AL'), ('Selma', 'AL'), 
 
1043
                 ('Anchorage', 'AK'), ('Nome', 'AK'),
 
1044
                 ('Flagstaff', 'AZ'), ('Phoenix', 'AZ'), ('Tucson', 'AZ'), 
 
1045
                 ...
 
1046
                ]
 
1047
 
 
1048
    def get_state ((city, state)):
 
1049
        return state
 
1050
 
 
1051
    itertools.groupby(city_list, get_state) =>
 
1052
      ('AL', iterator-1),
 
1053
      ('AK', iterator-2),
 
1054
      ('AZ', iterator-3), ...
 
1055
 
 
1056
    where
 
1057
    iterator-1 =>
 
1058
      ('Decatur', 'AL'), ('Huntsville', 'AL'), ('Selma', 'AL')
 
1059
    iterator-2 => 
 
1060
      ('Anchorage', 'AK'), ('Nome', 'AK')
 
1061
    iterator-3 =>
 
1062
      ('Flagstaff', 'AZ'), ('Phoenix', 'AZ'), ('Tucson', 'AZ')
 
1063
 
 
1064
``groupby()`` assumes that the underlying iterable's contents will already be
 
1065
sorted based on the key.  Note that the returned iterators also use the
 
1066
underlying iterable, so you have to consume the results of iterator-1 before
 
1067
requesting iterator-2 and its corresponding key.
 
1068
 
 
1069
 
 
1070
The functools module
 
1071
====================
 
1072
 
 
1073
The :mod:`functools` module in Python 2.5 contains some higher-order functions.
 
1074
A **higher-order function** takes one or more functions as input and returns a
 
1075
new function.  The most useful tool in this module is the
 
1076
:func:`functools.partial` function.
 
1077
 
 
1078
For programs written in a functional style, you'll sometimes want to construct
 
1079
variants of existing functions that have some of the parameters filled in.
 
1080
Consider a Python function ``f(a, b, c)``; you may wish to create a new function
 
1081
``g(b, c)`` that's equivalent to ``f(1, b, c)``; you're filling in a value for
 
1082
one of ``f()``'s parameters.  This is called "partial function application".
 
1083
 
 
1084
The constructor for ``partial`` takes the arguments ``(function, arg1, arg2,
 
1085
... kwarg1=value1, kwarg2=value2)``.  The resulting object is callable, so you
 
1086
can just call it to invoke ``function`` with the filled-in arguments.
 
1087
 
 
1088
Here's a small but realistic example::
 
1089
 
 
1090
    import functools
 
1091
 
 
1092
    def log (message, subsystem):
 
1093
        "Write the contents of 'message' to the specified subsystem."
 
1094
        print '%s: %s' % (subsystem, message)
 
1095
        ...
 
1096
 
 
1097
    server_log = functools.partial(log, subsystem='server')
 
1098
    server_log('Unable to open socket')
 
1099
 
 
1100
 
 
1101
The operator module
 
1102
-------------------
 
1103
 
 
1104
The :mod:`operator` module was mentioned earlier.  It contains a set of
 
1105
functions corresponding to Python's operators.  These functions are often useful
 
1106
in functional-style code because they save you from writing trivial functions
 
1107
that perform a single operation.
 
1108
 
 
1109
Some of the functions in this module are:
 
1110
 
 
1111
* Math operations: ``add()``, ``sub()``, ``mul()``, ``div()``, ``floordiv()``,
 
1112
  ``abs()``, ...
 
1113
* Logical operations: ``not_()``, ``truth()``.
 
1114
* Bitwise operations: ``and_()``, ``or_()``, ``invert()``.
 
1115
* Comparisons: ``eq()``, ``ne()``, ``lt()``, ``le()``, ``gt()``, and ``ge()``.
 
1116
* Object identity: ``is_()``, ``is_not()``.
 
1117
 
 
1118
Consult the operator module's documentation for a complete list.
 
1119
 
 
1120
 
 
1121
 
 
1122
The functional module
 
1123
---------------------
 
1124
 
 
1125
Collin Winter's `functional module <http://oakwinter.com/code/functional/>`__
 
1126
provides a number of more advanced tools for functional programming. It also
 
1127
reimplements several Python built-ins, trying to make them more intuitive to
 
1128
those used to functional programming in other languages.
 
1129
 
 
1130
This section contains an introduction to some of the most important functions in
 
1131
``functional``; full documentation can be found at `the project's website
 
1132
<http://oakwinter.com/code/functional/documentation/>`__.
 
1133
 
 
1134
``compose(outer, inner, unpack=False)``
 
1135
 
 
1136
The ``compose()`` function implements function composition.  In other words, it
 
1137
returns a wrapper around the ``outer`` and ``inner`` callables, such that the
 
1138
return value from ``inner`` is fed directly to ``outer``.  That is, ::
 
1139
 
 
1140
    >>> def add(a, b):
 
1141
    ...     return a + b
 
1142
    ...
 
1143
    >>> def double(a):
 
1144
    ...     return 2 * a
 
1145
    ...
 
1146
    >>> compose(double, add)(5, 6)
 
1147
    22
 
1148
 
 
1149
is equivalent to ::
 
1150
 
 
1151
    >>> double(add(5, 6))
 
1152
    22
 
1153
                    
 
1154
The ``unpack`` keyword is provided to work around the fact that Python functions
 
1155
are not always `fully curried <http://en.wikipedia.org/wiki/Currying>`__.  By
 
1156
default, it is expected that the ``inner`` function will return a single object
 
1157
and that the ``outer`` function will take a single argument. Setting the
 
1158
``unpack`` argument causes ``compose`` to expect a tuple from ``inner`` which
 
1159
will be expanded before being passed to ``outer``. Put simply, ::
 
1160
 
 
1161
    compose(f, g)(5, 6)
 
1162
                    
 
1163
is equivalent to::
 
1164
 
 
1165
    f(g(5, 6))
 
1166
                    
 
1167
while ::
 
1168
 
 
1169
    compose(f, g, unpack=True)(5, 6)
 
1170
                    
 
1171
is equivalent to::
 
1172
 
 
1173
    f(*g(5, 6))
 
1174
 
 
1175
Even though ``compose()`` only accepts two functions, it's trivial to build up a
 
1176
version that will compose any number of functions. We'll use ``reduce()``,
 
1177
``compose()`` and ``partial()`` (the last of which is provided by both
 
1178
``functional`` and ``functools``). ::
 
1179
 
 
1180
    from functional import compose, partial
 
1181
        
 
1182
    multi_compose = partial(reduce, compose)
 
1183
        
 
1184
    
 
1185
We can also use ``map()``, ``compose()`` and ``partial()`` to craft a version of
 
1186
``"".join(...)`` that converts its arguments to string::
 
1187
 
 
1188
    from functional import compose, partial
 
1189
        
 
1190
    join = compose("".join, partial(map, str))
 
1191
 
 
1192
 
 
1193
``flip(func)``
 
1194
                    
 
1195
``flip()`` wraps the callable in ``func`` and causes it to receive its
 
1196
non-keyword arguments in reverse order. ::
 
1197
 
 
1198
    >>> def triple(a, b, c):
 
1199
    ...     return (a, b, c)
 
1200
    ...
 
1201
    >>> triple(5, 6, 7)
 
1202
    (5, 6, 7)
 
1203
    >>>
 
1204
    >>> flipped_triple = flip(triple)
 
1205
    >>> flipped_triple(5, 6, 7)
 
1206
    (7, 6, 5)
 
1207
 
 
1208
``foldl(func, start, iterable)``
 
1209
                    
 
1210
``foldl()`` takes a binary function, a starting value (usually some kind of
 
1211
'zero'), and an iterable.  The function is applied to the starting value and the
 
1212
first element of the list, then the result of that and the second element of the
 
1213
list, then the result of that and the third element of the list, and so on.
 
1214
 
 
1215
This means that a call such as::
 
1216
 
 
1217
    foldl(f, 0, [1, 2, 3])
 
1218
 
 
1219
is equivalent to::
 
1220
 
 
1221
    f(f(f(0, 1), 2), 3)
 
1222
 
 
1223
    
 
1224
``foldl()`` is roughly equivalent to the following recursive function::
 
1225
 
 
1226
    def foldl(func, start, seq):
 
1227
        if len(seq) == 0:
 
1228
            return start
 
1229
 
 
1230
        return foldl(func, func(start, seq[0]), seq[1:])
 
1231
 
 
1232
Speaking of equivalence, the above ``foldl`` call can be expressed in terms of
 
1233
the built-in ``reduce`` like so::
 
1234
 
 
1235
    reduce(f, [1, 2, 3], 0)
 
1236
 
 
1237
 
 
1238
We can use ``foldl()``, ``operator.concat()`` and ``partial()`` to write a
 
1239
cleaner, more aesthetically-pleasing version of Python's ``"".join(...)``
 
1240
idiom::
 
1241
 
 
1242
    from functional import foldl, partial from operator import concat
 
1243
 
 
1244
    join = partial(foldl, concat, "")
 
1245
 
 
1246
 
 
1247
Revision History and Acknowledgements
 
1248
=====================================
 
1249
 
 
1250
The author would like to thank the following people for offering suggestions,
 
1251
corrections and assistance with various drafts of this article: Ian Bicking,
 
1252
Nick Coghlan, Nick Efford, Raymond Hettinger, Jim Jewett, Mike Krell, Leandro
 
1253
Lameiro, Jussi Salmela, Collin Winter, Blake Winton.
 
1254
 
 
1255
Version 0.1: posted June 30 2006.
 
1256
 
 
1257
Version 0.11: posted July 1 2006.  Typo fixes.
 
1258
 
 
1259
Version 0.2: posted July 10 2006.  Merged genexp and listcomp sections into one.
 
1260
Typo fixes.
 
1261
 
 
1262
Version 0.21: Added more references suggested on the tutor mailing list.
 
1263
 
 
1264
Version 0.30: Adds a section on the ``functional`` module written by Collin
 
1265
Winter; adds short section on the operator module; a few other edits.
 
1266
 
 
1267
 
 
1268
References
 
1269
==========
 
1270
 
 
1271
General
 
1272
-------
 
1273
 
 
1274
**Structure and Interpretation of Computer Programs**, by Harold Abelson and
 
1275
Gerald Jay Sussman with Julie Sussman.  Full text at
 
1276
http://mitpress.mit.edu/sicp/.  In this classic textbook of computer science,
 
1277
chapters 2 and 3 discuss the use of sequences and streams to organize the data
 
1278
flow inside a program.  The book uses Scheme for its examples, but many of the
 
1279
design approaches described in these chapters are applicable to functional-style
 
1280
Python code.
 
1281
 
 
1282
http://www.defmacro.org/ramblings/fp.html: A general introduction to functional
 
1283
programming that uses Java examples and has a lengthy historical introduction.
 
1284
 
 
1285
http://en.wikipedia.org/wiki/Functional_programming: General Wikipedia entry
 
1286
describing functional programming.
 
1287
 
 
1288
http://en.wikipedia.org/wiki/Coroutine: Entry for coroutines.
 
1289
 
 
1290
http://en.wikipedia.org/wiki/Currying: Entry for the concept of currying.
 
1291
 
 
1292
Python-specific
 
1293
---------------
 
1294
 
 
1295
http://gnosis.cx/TPiP/: The first chapter of David Mertz's book
 
1296
:title-reference:`Text Processing in Python` discusses functional programming
 
1297
for text processing, in the section titled "Utilizing Higher-Order Functions in
 
1298
Text Processing".
 
1299
 
 
1300
Mertz also wrote a 3-part series of articles on functional programming
 
1301
for IBM's DeveloperWorks site; see 
 
1302
`part 1 <http://www-128.ibm.com/developerworks/library/l-prog.html>`__,
 
1303
`part 2 <http://www-128.ibm.com/developerworks/library/l-prog2.html>`__, and
 
1304
`part 3 <http://www-128.ibm.com/developerworks/linux/library/l-prog3.html>`__,
 
1305
 
 
1306
 
 
1307
Python documentation
 
1308
--------------------
 
1309
 
 
1310
Documentation for the :mod:`itertools` module.
 
1311
 
 
1312
Documentation for the :mod:`operator` module.
 
1313
 
 
1314
:pep:`289`: "Generator Expressions"
 
1315
 
 
1316
:pep:`342`: "Coroutines via Enhanced Generators" describes the new generator
 
1317
features in Python 2.5.
 
1318
 
 
1319
.. comment
 
1320
 
 
1321
    Topics to place
 
1322
    -----------------------------
 
1323
 
 
1324
    XXX os.walk()
 
1325
 
 
1326
    XXX Need a large example.
 
1327
 
 
1328
    But will an example add much?  I'll post a first draft and see
 
1329
    what the comments say.
 
1330
 
 
1331
.. comment
 
1332
 
 
1333
    Original outline:
 
1334
    Introduction
 
1335
            Idea of FP
 
1336
                    Programs built out of functions
 
1337
                    Functions are strictly input-output, no internal state
 
1338
            Opposed to OO programming, where objects have state
 
1339
 
 
1340
            Why FP?
 
1341
                    Formal provability
 
1342
                            Assignment is difficult to reason about
 
1343
                            Not very relevant to Python
 
1344
                    Modularity
 
1345
                            Small functions that do one thing
 
1346
                    Debuggability:
 
1347
                            Easy to test due to lack of state
 
1348
                            Easy to verify output from intermediate steps
 
1349
                    Composability
 
1350
                            You assemble a toolbox of functions that can be mixed
 
1351
 
 
1352
    Tackling a problem
 
1353
            Need a significant example
 
1354
 
 
1355
    Iterators
 
1356
    Generators
 
1357
    The itertools module
 
1358
    List comprehensions
 
1359
    Small functions and the lambda statement
 
1360
    Built-in functions
 
1361
            map
 
1362
            filter
 
1363
            reduce
 
1364
 
 
1365
.. comment
 
1366
 
 
1367
    Handy little function for printing part of an iterator -- used
 
1368
    while writing this document.
 
1369
 
 
1370
    import itertools
 
1371
    def print_iter(it):
 
1372
         slice = itertools.islice(it, 10)
 
1373
         for elem in slice[:-1]:
 
1374
             sys.stdout.write(str(elem))
 
1375
             sys.stdout.write(', ')
 
1376
        print elem[-1]
 
1377
 
 
1378