Python中的函数式编程：偏函数（Partial Function）与柯里化（Currying）

1. 偏函数与柯里化的基本概念

偏函数（Partial Function）和柯里化（Currying）是函数式编程中两种常见的技术，用于处理函数参数的灵活性。两者的核心区别在于：

• 偏函数：固定一个函数的部分参数，生成一个新函数，新函数的参数数量减少。
• 柯里化：将多参数函数转换为一系列单参数函数的嵌套链，每次只接受一个参数。

例如，函数 \(f(x, y, z)\)：

• 偏函数：固定 \(x=1\)，得到新函数 \(g(y, z) = f(1, y, z)\)。
• 柯里化：转换为 \(f(x)(y)(z)\)，每次调用返回一个接受下一个参数的函数。

2. 偏函数的实现与使用

Python中通过 functools.partial 实现偏函数：

from functools import partial

def multiply(x, y):
    return x * y

# 固定第一个参数 x=2，生成新函数 double
double = partial(multiply, 2)
print(double(5))  # 输出 10（相当于 multiply(2, 5)）

步骤解析：

1. partial(multiply, 2) 创建一个新函数，其行为类似于 multiply，但第一个参数始终为 2。
2. 调用 double(5) 时，实际执行 multiply(2, 5)。
3. 偏函数可以固定任意位置的参数，通过关键字参数指定：

   triple = partial(multiply, y=3)  # 固定 y=3
   print(triple(5))  # 输出 15（相当于 multiply(5, 3)）
   

3. 柯里化的实现与使用

Python标准库未直接提供柯里化工具，但可以手动实现：

def curry(func):
    def curried(*args, **kwargs):
        if len(args) + len(kwargs) >= func.__code__.co_argcount:
            return func(*args, **kwargs)
        return lambda *args2, **kwargs2: curried(*args, *args2, **kwargs, **kwargs2)
    return curried

@curry
def add_three_numbers(a, b, c):
    return a + b + c

# 柯里化调用
add_one = add_three_numbers(1)        # 返回接受 b 和 c 的函数
add_two = add_one(2)                 # 返回接受 c 的函数
result = add_two(3)                  # 输出 6
print(result)

# 链式调用
result2 = add_three_numbers(1)(2)(3)  # 同样输出 6

步骤解析：

1. 装饰器 @curry 将函数转换为柯里化版本。
2. 每次调用时，检查参数数量是否足够：
   • 若不足，返回一个新函数，合并已传入的参数。
   • 若足够，执行原函数并返回结果。
3. 柯里化支持任意参数顺序，但通常按函数定义顺序传递。

4. 偏函数 vs 柯里化的应用场景

偏函数的典型场景：

• 配置默认参数（如 open 函数固定 mode="r"）。
• 回调函数参数预填充（如GUI事件处理）。

柯里化的典型场景：

• 函数式编程中的函数组合（如 map(curried_add(1), list)）。
• 延迟计算与参数分阶段传递。

5. 性能与注意事项

1. 偏函数的性能：

   • functools.partial 是C实现的，效率接近原生函数。
   • 避免嵌套过多偏函数，可能增加调用栈深度。

2. 柯里化的陷阱：

   • 手动实现的柯里化装饰器可能影响类型提示和调试。
   • 柯里化更适合纯函数（无副作用），否则可能引发状态管理问题。

3. 兼容性：

   • 偏函数支持关键字参数，柯里化实现需处理参数合并的复杂性。

6. 实战案例：简化API调用

from functools import partial
import requests

# 偏函数：固定API基础URL和认证信息
api_get = partial(requests.get, 
                  url="https://api.example.com/data",
                  headers={"Authorization": "Bearer token"})

response = api_get(params={"page": 1})  # 只需传递动态参数

通过偏函数，将重复的配置参数封装，使代码更简洁。

总结：偏函数和柯里化都是函数式编程中优化参数传递的工具，偏函数更实用且易于上手，柯里化更适合需要高度抽象的场景。根据实际需求选择合适的技术！