含有集合的高階函式

1. 簡介

透過「在 Kotlin 中使用函式類型和 lambda 運算式」程式碼研究室，您已瞭解高階函式的概念，這類函式會將其他函式做為參數，並/或傳回 repeat() 等函式。高階函式和集合關係非常密切，可以幫助您用更少量的程式碼執行排序或篩選這類一般工作。現在您既然已經擁有使用集合的基礎概念，就該是複習高階函式的時候了。

在本程式碼研究室中，您將會學習如何在集合類型內運用各種函數，包括 forEach()、map()、filter()、groupBy()、fold() 以及 sortedBy()。在過程中，您還會額外練習到如何使用 lambda 運算式。

必要條件

  • 熟悉函式類型和 lambda 運算式。
  • 熟悉結尾的 lambda 語法，例如 repeat() 函式結尾。
  • Kotlin 各種集合類型的知識，例如 List。

課程內容

  • 如何在字串內嵌入 lambda 運算式。
  • 如何和 List 集合搭配使用多種高階函式，包括 forEach()、map()、filter()、groupBy()、fold() 和 sortedBy()。

軟硬體需求

  • 可存取 Kotlin Playground 的網路瀏覽器。

2. forEach() 和含有 lambda 的字串範本

範例程式碼

在以下範例中，您會用 List 代表烘焙坊的餅乾菜單 (超好吃！)，並使用高階函式，以不同方式設定菜單格式。

首先，設定初始程式碼。

  1. 前往 Kotlin Playground。
  2. 在 main() 函式上方新增 Cookie 類別。每個 Cookie 的例項都代表菜單上的一個項目，並有 name、price 及其他餅乾相關資訊。
class Cookie(
    val name: String,
    val softBaked: Boolean,
    val hasFilling: Boolean,
    val price: Double
)

fun main() {

}
  1. 在 Cookie 類別下方的 main() 以外的地方建立餅乾清單，如下所示。系統會推論類型為 List<Cookie>。
class Cookie(
    val name: String,
    val softBaked: Boolean,
    val hasFilling: Boolean,
    val price: Double
)

val cookies = listOf(
    Cookie(
        name = "Chocolate Chip",
        softBaked = false,
        hasFilling = false,
        price = 1.69
    ),
    Cookie(
        name = "Banana Walnut",
        softBaked = true,
        hasFilling = false,
        price = 1.49
    ),
    Cookie(
        name = "Vanilla Creme",
        softBaked = false,
        hasFilling = true,
        price = 1.59
    ),
    Cookie(
        name = "Chocolate Peanut Butter",
        softBaked = false,
        hasFilling = true,
        price = 1.49
    ),
    Cookie(
        name = "Snickerdoodle",
        softBaked = true,
        hasFilling = false,
        price = 1.39
    ),
    Cookie(
        name = "Blueberry Tart",
        softBaked = true,
        hasFilling = true,
        price = 1.79
    ),
    Cookie(
        name = "Sugar and Sprinkles",
        softBaked = false,
        hasFilling = false,
        price = 1.39
    )
)

fun main() {

}

運用 forEach() 建立清單迴圈

您要學的第一個高階函式就是 forEach() 函式。forEach() 函式會針對集合內的每個項目，將傳遞來的函式當做參數執行一次。這和 repeat() 函式或 for 迴圈的運作方式相似。系統會為第一個元素執行 lambda，然後是第二個元素，以此類推，直到集合內的每個元素都執行過為止。方法簽名如下所示：

forEach(action: (T) -> Unit)

forEach() 會使用單一操作參數，是 (T) -> Unit 類型的函數。

T 可以對應集合內含的任何資料類型。由於 lambda 使用單一參數，因此您可以省略名稱，並用 it 參照參數。

使用 forEach() 函式顯示 cookies 清單的項目。

  1. 在 main() 內，在 cookies 清單上使用結尾 lambda 語法呼叫 forEach()。因為結尾 lambda 是唯一的引數，因此您可以在呼叫函式時省略括弧。
fun main() {
    cookies.forEach {

    }
}
  1. 在 lambda 內文新增顯示 it 的 println() 陳述式。
fun main() {
    cookies.forEach {
        println("Menu item: $it")
    }
}
  1. 執行程式碼，看看輸出結果。輸出內容就是類型名稱 (Cookie)，以及該物件的專屬 ID，但是並非該物件的內容。
Menu item: Cookie@5a10411
Menu item: Cookie@68de145
Menu item: Cookie@27fa135a
Menu item: Cookie@46f7f36a
Menu item: Cookie@421faab1
Menu item: Cookie@2b71fc7e
Menu item: Cookie@5ce65a89

在字串內嵌入運算式

當您剛開始認識字串範本的時候，您曾經看到美元符號 ($) 如何當做變數名稱並插入字串內。不過，這個方法如果跟點號運算子 (.) 一起使用，並不能照預期的方式取屬性。

  1. 修改 forEach() 呼叫內容的 lambda 內文，將 $it.name 插入字串。
cookies.forEach {
    println("Menu item: $it.name")
}
  1. 執行程式碼。請注意，這樣會插入類別名稱 Cookie 和物件的專屬 ID，後面接著 .name；但不會存取 name 屬性的值。
Menu item: Cookie@5a10411.name
Menu item: Cookie@68de145.name
Menu item: Cookie@27fa135a.name
Menu item: Cookie@46f7f36a.name
Menu item: Cookie@421faab1.name
Menu item: Cookie@2b71fc7e.name
Menu item: Cookie@5ce65a89.name

如果想存取屬性並嵌入字串內，您就需要使用運算式。只要在運算式前後加上大括弧，就能讓運算式成為字串範本的一部分。

2c008744cee548cc.png

lambda 運算式位於左右大括弧中間。您可以存取屬性、執行數學運算及呼叫函式等等，系統會將 lambda 回傳值插入字串。

我們可以修改程式碼，以將名稱插入字串。

  1. 在 it.name 前後加上大括弧，使其成為 lambda 運算式。
cookies.forEach {
    println("Menu item: ${it.name}")
}
  1. 執行程式碼。輸出結果內有每個 Cookie 的 name。
Menu item: Chocolate Chip
Menu item: Banana Walnut
Menu item: Vanilla Creme
Menu item: Chocolate Peanut Butter
Menu item: Snickerdoodle
Menu item: Blueberry Tart
Menu item: Sugar and Sprinkles

3. map()

您可以利用 map() 函式把集合轉換為含有相同數量元素的新集合。舉例來說，只要您向 map() 函式說明如何為每個 Cookie 項目建立 String，map() 即可將 List<Cookie> 轉換為只含有餅乾 name 資訊的 List<String>。

e0605b7b09f91717.png

假設您編寫的應用程式要能顯示某間烘焙坊的互動式菜單。當使用者進入顯示餅乾菜單的畫面時，會希望看到資料用有邏輯的方式呈現，例如在名稱後面顯示價錢。您可以建立一個字串清單，並使用 map() 函式以相關資料 (名稱和價錢) 設定格式。

  1. 移除 main() 先前所有的程式碼。建立名為 fullMenu 的新變數，並讓其等於在 cookies 清單呼叫 map() 的結果。
val fullMenu = cookies.map {

}
  1. 在 lambda 內文中加入字串，並遵守含有 name 及 it 的 price 等資訊的格式。
val fullMenu = cookies.map {
    "${it.name} - $${it.price}"
}
  1. 顯示 fullMenu 的內容。您可以用 forEach() 達到此效果。map() 回傳的 fullMenu 集合並未使用 List<Cookie>，而是類型 List<String>。cookies 裡的每個 Cookie 都可以對應 fullMenu 裡的 String。
println("Full menu:")
fullMenu.forEach {
    println(it)
}
  1. 執行程式碼。輸出結果會和 fullMenu 清單內容相符。
Full menu:
Chocolate Chip - $1.69
Banana Walnut - $1.49
Vanilla Creme - $1.59
Chocolate Peanut Butter - $1.49
Snickerdoodle - $1.39
Blueberry Tart - $1.79
Sugar and Sprinkles - $1.39

篩選

您可以利用 filter() 函式為集合建立子集。舉例來說，如果您有一份數字清單，則可以使用 filter() 建立一份新清單，其中只含可以用 2 除盡的數字。

d4fd6be7bef37ab3.png

map() 函式的結果一律會得到相同大小的集合，而 filter() 產生的集合和原集合相比，大小不是相同就是更小。和 map() 不同之處在於，結果產生的集合也會有相同的資料類型，所以篩選 List<Cookie> 會產生另一個 List<Cookie>。

和 map() 與 forEach() 相同，filter() 的參數也採用單一 lambda 運算式。lambda 的單一參數代表集合內的每一個項目，並會回傳 Boolean 值。

集合內的每一個項目：

  • 如果 lambda 運算式的結果是 true，那麼項目會在新的集合內。
  • 如果結果是 false，那麼項目不會在新的集合內。

如果您想取得應用程式中的部分資料，這種做法就能派上用場。比如，烘焙坊可能會想在菜單中的獨立部分主打軟餅乾。您可以先 filter() cookies 清單，然後再顯示項目。

  1. 在 main() 內建立名為 softBakedMenu 的新變數，然後設定為在 cookies 清單呼叫 filter() 的結果。
val softBakedMenu = cookies.filter {
}
  1. 在 lambda 內文加入布林值運算式，檢查餅乾的 softBaked 屬性是否等於 true。因為 softBaked 本身就是 Boolean，因此 lambda 內文只需要含有 it.softBaked。
val softBakedMenu = cookies.filter {
    it.softBaked
}
  1. 使用 forEach() 顯示 softBakedMenu 內容。
println("Soft cookies:")
softBakedMenu.forEach {
    println("${it.name} - $${it.price}")
}
  1. 執行程式碼。這個菜單的顯示方式和之前一樣，但是只會列出軟餅乾。
...
Soft cookies:
Banana Walnut - $1.49
Snickerdoodle - $1.39
Blueberry Tart - $1.79

5. groupBy()

您可以運用 groupBy() 函式，根據函式將清單轉換成對應項目。該函式每個專屬回傳值都會成為產生對應項目中的鍵。每個鍵的值都是產生該專屬回傳值的集合中的項目。

54e190b34d9921c0.png

這些鍵的資料類型都和傳遞到 groupBy() 的函式的傳回類型相同。這些值的資料類型都是來自原始清單的項目清單。

因為這個內容不好理解，所以請看一個簡單的範例。使用和之前一樣的數字清單，將其中的數字按奇偶分組。

您可以讓這些數字除以 2，然後檢查餘數是 0 還是 1，藉此檢查每個數字是奇數還是偶數。如果餘數是 0，表示這個數字是偶數。而如果餘數是 1，就表示數字是奇數。

您可以用模數運算子 (%) 達到這個目的。模數運算子會把被除數分隔在運算式左邊，除以右邊的除數。

4c3333da9e5ee352.png

模數運算子不會像除法運算子 (/) 一樣傳回除式結果，而是會傳回餘數。您可以藉此檢查數字是偶數還是奇數。

4219eacdaca33f1d.png

系統會用以下的 lambda 運算式呼叫 groupBy() 函式：{ it % 2 }。

產生的對應項目有兩組鍵：0 和 1。每個鍵都有 List<Int> 類型的值。0 鍵的清單內只有偶數，而 1 鍵的清單內只有奇數。

至於現實生活的用途，可能是依照拍攝主題或地點分組的相片應用程式。在我們的烘焙坊菜單裡，我們可以依餅乾是否為軟餅乾，對菜單內容進行分組。

使用 groupBy() 根據 softBaked 屬性分類菜單內容。

  1. 移除上個步驟的 filter() 呼叫。

要移除的程式碼

val softBakedMenu = cookies.filter {
    it.softBaked
}
println("Soft cookies:")
softBakedMenu.forEach {
    println("${it.name} - $${it.price}")
}
  1. 在 cookies 清單呼叫 groupBy()，儲存在名為 groupedMenu 的變數裡。
val groupedMenu = cookies.groupBy {}
  1. 傳遞到會回傳 it.softBaked 的 lambda 運算式。傳回類型為 Map<Boolean, List<Cookie>>。
val groupedMenu = cookies.groupBy { it.softBaked }
  1. 建立含有 groupedMenu[true] 值的 softBakedMenu 變數，以及含有 groupedMenu[false] 值的 crunchyMenu 變數。訂閱 Map 的結果可為空值，因此您可以使用 Elvis 運算子 (?:) 傳回空白清單。
val softBakedMenu = groupedMenu[true] ?: listOf()
val crunchyMenu = groupedMenu[false] ?: listOf()
  1. 加入可以顯示軟餅乾菜單的程式碼，後面加上脆餅乾的菜單。
println("Soft cookies:")
softBakedMenu.forEach {
    println("${it.name} - $${it.price}")
}
println("Crunchy cookies:")
crunchyMenu.forEach {
    println("${it.name} - $${it.price}")
}
  1. 執行程式碼。使用 groupBy() 函式，根據其中一種屬性的值把菜單分成兩部分。
...
Soft cookies:
Banana Walnut - $1.49
Snickerdoodle - $1.39
Blueberry Tart - $1.79
Crunchy cookies:
Chocolate Chip - $1.69
Vanilla Creme - $1.59
Chocolate Peanut Butter - $1.49
Sugar and Sprinkles - $1.39

6. fold()

您可以使用 fold() 函式從集合產生單一值。這通常會用來計算總金額，或將清單內的所有元素加總，以求出平均值。

a9e11a1aad05cb2f.png

fold() 函式使用兩個參數：

  • 初始值。系統會在呼叫函式時推論資料類型 (也就是推論 0 的初始值為 Int)。
  • 可以回傳和初始值相同類型的值的 lambda 運算式。

這個 lambda 運算式還有兩個參數：

  • 第一個參數就是所謂的累計值。和初始值使用相同的資料類型。您可以把他當做執行總量。每次呼叫 lambda 運算式的時候，累計值都和上次呼叫 lambda 的回傳值相同。
  • 第二個參數和集合內的所有元素使用相同的類型。

跟其他您看過的函式一樣，集合裡的每個元素都會呼叫這個 lambda 運算式，引此使用 fold() 即可簡單加總所有元素。

讓我們使用 fold() 計算所有餅乾的總金額。

  1. 在 main() 中建立名為 totalPrice 的新變數，並將其設為等同對 cookies 清單呼叫 fold() 的結果。傳遞 0.0 當做初始值。系統推論類型為 Double。
val totalPrice = cookies.fold(0.0) {
}
  1. 您需要為該 lambda 運算式指定全部兩種參數。使用 total 做為累計值，並使用 cookie 當做收集元素。在參數清單後方使用箭號 (->)。
val totalPrice = cookies.fold(0.0) {total, cookie ->
}
  1. 在 lambda 內文計算 total 和 cookie.price 的總和。系統會將其推論為回傳值，並傳遞當做下次呼叫 lambda 的 total。
val totalPrice = cookies.fold(0.0) {total, cookie ->
    total + cookie.price
}
  1. 顯示 totalPrice 的值，並採用字串格式，以便判讀理解。
println("Total price: $${totalPrice}")
  1. 執行程式碼。結果應該和 cookies 清單的總金額相等。
...
Total price: $10.83

7. sortedBy()

當您剛開始學習集合時，您會學到 sort() 函式可以用來排序元素。不過，Cookie 物件集合無法使用此方法。Cookie 類別擁有多種屬性，Kotlin 不知道您要用哪一種屬性 (name、price 等) 排序。

Kotlin 集合針對這種情形提供的就是 sortedBy() 函式。您可以用 sortedBy() 指定一個 lambda，並用這個 lambda 回傳的屬性當做排序依據。舉例來說，如果您想用 price 排序，lambda 就會回傳 it.price。只要值的資料類型使用自然排列順序，也就是字串按照字母順序排序、數值使用遞增順序排列，那麼就可以按照該類型的集合排序。

5fce4a067d372880.png

您將使用 sortedBy() 按照字母順序排列餅乾清單順序。

  1. 在 main() 現有的程式碼後方加入名為 alphabeticalMenu 的新變數，並將其設定為和在 cookies 清單呼叫 sortedBy() 相同。
val alphabeticalMenu = cookies.sortedBy {
}
  1. 在 lambda 運算式中回傳 it.name。結果產生的清單還是 List<Cookie> 類型，但是會按照 name 排序。
val alphabeticalMenu = cookies.sortedBy {
    it.name
}
  1. 顯示 alphabeticalMenu 內的餅乾名稱。您可以用 forEach()，即可在顯示每個名稱時都使用新的一行。
println("Alphabetical menu:")
alphabeticalMenu.forEach {
    println(it.name)
}
  1. 執行程式碼。按照字母順序顯示的餅乾名稱。
...
Alphabetical menu:
Banana Walnut
Blueberry Tart
Chocolate Chip
Chocolate Peanut Butter
Snickerdoodle
Sugar and Sprinkles
Vanilla Creme

8. 結語

恭喜！您剛剛看到的幾個範例已經說明了如何搭配集合使用高階函式。排序和篩選這類常見作業可使用一行程式碼執行，讓您的程式更簡潔、更清楚。

摘要

  • 您可以用 forEach() 為某集合的所有元素建立迴圈。
  • 您可以在字串內插入運算式。
  • 您可以使用 map() 為集合裡的項目套用格式，通常可以做為其他資料類型的集合。
  • filter() 可以為某集合產生子集。
  • groupBy() 可以根據函式的回傳值分割集合。
  • fold() 可以把集合轉換為單一值。
  • sortedBy() 可以按照特定屬性排序集合。

9. 瞭解詳情