الدوال من المرتبة الأعلى (Higher-Order Functions) و Lambdas

الدوال من المرتبة الأعلى (Higher-Order Functions)

وهي الدوال التي تقبل دوالًا أخرى كمعاملاتٍ (parameters) لها، أو تلك التي تُعيد (return) دوالًا أخرى كنتيجة لها، وكمثالٍ عنها لنأخذ الدالة lock()‎، وهي الدالة التي تقبل كائنًا lock ودالةً أخرى، حيث ستحصلُ الدالة على الكائن lock وتُنفِّذُ الدالةَ الوسيطةَ ثم تُحرِّر القفل في النهاية، كما في الشيفرة:

fun <T> lock(lock: Lock, body: () -> T): T {
    lock.lock()
    try {
        return body()
    }
    finally {
        lock.unlock()
    }
}

إنّ body هو من نوع دالة (وهو ‎() -> T) ومن الواضح أنّه دالةٌ خاليةٌ من المعاملات تعيد النوع T، وتُستدعَى في الجزء try حيث تكون محميةً (protected) عبر lock، وتُعاد قيمتها عبر الدالة lock()‎. ولدى استدعاء الدالة lock()‎ يمكن تمرير دالةٍ أخرى كمعاملٍ لها (راجع مرجعيّات الدوال [function references] )، مثل:

fun toBeSynchronized() = sharedResource.operation()

val result = lock(lock, ::toBeSynchronized)

ومن الأفضل بمثل هذه الحالة تمريرُ تعبير lambda بالشكل:

val result = lock(lock, { sharedResource.operation() })

إذ تتصف تعابير lambda بما يلي:

• يٌحاط التعبير بالقوسين {} دائمًا.
• تُعرَّف معاملاته (إن وُجدَت) قبل المعامل ‎->‎ (وقد يُحذَف نوع المعاملات).
• تتوضع البُنية (body) (إن وُجدَت) بعد المعامل ‎->‎ .

ويُصطلَح في Kotlin بأنّه إن كانت الدالة تقبل في معاملها الأخير دالةً أخرى ويُمرَّر تعبير lambda كوسيط لها، فيجب أن يوضع خارج القوسين () كما في الشيفرة:

lock (lock) {
    sharedResource.operation()
}

وتُعدُّ الدالة map()‎ مثالًا آخر عن الدوال من المرتبة الأعلى وهي بالشكل:

fun <T, R> List<T>.map(transform: (T) -> R): List<R> {
    val result = arrayListOf<R>()
    for (item in this)
        result.add(transform(item))
    return result
}

ويكون استدعاؤها بالشكل:

val doubled = ints.map { value -> value * 2 }

حيث أمكن حذف القوسين () لأنّ lambda هي الوسيط الوحيد المُستخدَم في هذا الاستدعاء.

it: الاسم الضمني (implicit name) للمعامل الوحيد

ليس من الضروريّ وجود تصريح (declaration) الدالة إن كانت القيمة الحرفيّة (literal) لها بمعاملٍ وحيدٍ حيث ستُستخدَم التسمية it للتعبير عنها، بالشكل:

ints.map { it * 2 }

ويسمح هذا بكتابة شيفرةٍ بالنمط LINQ كما يلي:

strings.filter { it.length == 5 }.sortedBy { it }.map { it.toUpperCase() }

استخدام الشرطة السفليّة (_) للوسائط (arguments) غير المستخدمة (بدءًا من الإصدار 1.1)

إن لم تكن هناك حاجةٌ لأحد الوسائط في lambda فيمكن استخدام الرمز _ بدلًا من الاسم، بالشكل:

map.forEach { _, value -> println("$value!") }

التفكيك (Destructuring) في Lambdas (بدءًا من الإصدار 1.1)

راجع التصريح بالتفكيك (destructuring declarations) حيث ستجد شرحًا عن التفكيك في lambda.

الدوال المباشرة (Inline Functions)

قد تُستخدَم الدوال المباشرة لتحسين الأداء في الدوال من المرتبة الأعلى.

تعابير Lambda والدوال المجهولة (Anonymous Functions)

يُعدُّ كلٌّ من تعبير lambda والدالة المجهولة قيمةً دالةً حرفيّةً (function literal) وهي دالةٌ لا يُصرَّح عنها بل تُمرَّر كتعبيرٍ مباشرةً، كما في المثال الآتي:

max(strings, { a, b -> a.length < b.length })

إذ إنّ الدالة max هي دالةٌ من مرتبةٍ أعلى (higher order) لأنها تقبل دالةً في معاملها الثاني والذي هو "تعبيرٌ داليّ" أو بكلامٍ آخر هو "قيمة حرفيّة للدالة"، وهذا مكافئٌ للشيفرة:

fun compare(a: String, b: String): Boolean = a.length < b.length

أنواع الدوال (Function Types)

يجب تحديد نوع المعامل في الدالة من النوع "دالة" حتى يقبل تمرير الدالة عبره، إذ سيعرَّف التابع max المذكور سابقًا كما يلي:

1 fun <T> max(collection: Collection<T>, less: (T, T) -> Boolean): T? {
2     var max: T? = null
3     for (it in collection)
4         if (max == null || less(max, it))
5             max = it
6     return max
7 }

إنّ المعامل less من النوع ‎(T, T) -> Boolean والذي هو دالة بمعاملين من النوع T تعيد قيمةً منطقيّةً (boolean) بالقيمة true إن كان المعامل الأوّل بقيمةٍ أصغر من قيمة المعامل الثاني. وقد استُخدِم المعامل less في السطر الرابع كدالةٍ مُستدعَاة عبر تمرير المعاملين من النوع T، إذ يكتب نوع الدالة كما في الشيفرة السابقة، أو قد يُكتب بمعاملات مُسمَّاة (named parameters) عند الرغبة بتوثيق المعنى لكلِّ معاملٍ، كما يلي:

val compare: (x: T, y: T) -> Int = ...

وللتصريح عن معامل nullable من نوع الدالة يجب أن يُحاط كامل نوع الدالة بين قوسين () ويُضاف الرمز ? تاليًا بالشكل:

var sum: ((Int, Int) -> Int)? = null

صيغة تعابير Lambda

تكون الصيغة الكاملة لتعابير lambda (القيم الحرفيّة لأنواع الدوال) بالشكل:

val sum = { x: Int, y: Int -> x + y }

إذ يُحاط تعبير lambda بالأقواس {} دائمًا حيث يُوضَع داخلهما التصريحُ بالصيغة الكاملة، وقد يحتوي على توصيفاتٍ للنوع (type annotations) وهذا أمرٌ اختياريّ، وتأتي بُنية التعبير بعد الرمز <-، وإن لم يكن النوع المُعاد في التعبير من النوع Unit فسيُعامَل آخرُ تعبيرٍ واردٍ فيه وكأنه القيمة المُعادة، وبإزالة كافة التوصيفات الاختيارية نحصل على التعبير بالشكل:

val sum: (Int, Int) -> Int = { x, y -> x + y }

ومن الشائع جدًا أن يكون للتعبير وسيطٌ واحدٌ فقط، وعندها لا حاجة إلى التصريح عنه إذ سيُعرَّف ضمنيًا (implicitly) بالتسمية it، كما في الشيفرة:

ints.filter { it > 0 } // القيمة الحرفيّة هنا هي من النوع
                       // '(it: Int) -> Boolean'

ويمكن استخدام أمر العودة المُقيّد (qualified return) في تعبير lambda لإعادة قيمةٍ ما حيث يتمّ ذكر بشكلٍ صريحٍ (explicitly)، وإن لم يُذكر ذلك فسيُعامَل آخرُ تعبيرٍ واردٍ فيه وكأنه القيمة المُعادة، ولذلك فإن مقطعي الشيفرة الآتيان متكافئان:

ints.filter {
    val shouldFilter = it > 0 
    shouldFilter
}

ints.filter {
    val shouldFilter = it > 0 
    return@filter shouldFilter
}

أمّا عند وجود دالةٍ في المعامل الأخير للدالة فيُمكن تمرير تعبير lambda خارج القوسين ().

الدوال المجهولة (Anonymous Function)

ليس من الضروريّ -أغلب الأحيان- تحديد النوع المُعاد للدالة حيث يُمكن توقُّعه بشكلٍ تلقائيّ، ولكن عند الحاجة للقيام بذلك بشكلٍ صريحٍ (explicitly) فتُستخدَم صيغة الدوال المجهولة بالشكل:

fun(x: Int, y: Int): Int = x + y

وهي تماثل الدالة النظاميّة وتختلف عنها فقط بعدم وجود اسمٍ لها، وقد تكون بُنيتها بتعبيرٍ وحيدٍ أو كجزءٍ كاملٍ (block) كما يلي:

fun(x: Int, y: Int): Int {
    return x + y
}

وتُحدَّد معاملاتها ونوعها المُعاد بالطريقة ذاتها المُستخدَمة بالدوال النظاميّة باستثناء إمكانية الاستغناء عن أنواع المعاملات إن أمكن استنتاجها من السياق العام كما في الشيفرة:

ints.filter(fun(item) = item > 0)

ويُخمَّن النوع المُعاد للدوال المجهولة -كما في الدوال الأخرى- تلقائيًّا إن كانت بُنيتها بتعبيرٍ وحيدٍ، ويجب تحديده بشكلٍ صريحٍ (explicitly) إن كانت بُنية الدالة جزءًا كاملًا (block) وإلا فسيكون من النوع الافتراضيّUnit، وتٌمرَّر وسائط الدوال المجهولة دائمًا ضمن القوسين () ولا يُسمَح بتمريرها خارجهما (يُسمح بذلك في تعابير lambda فقط).

وهناك فرقٌ آخر ما بين تعابير lambda والدوال المجهولة في أوامر الرجوع غير المحليّة (non-local returns)، حيث ستعود التعليمة return (بدون التسمية [label]) من الدالة المُعرَّفة بالكلمة المفتاحيّة fun ، وهذا يعني أنّ الأمر return الواقع داخل التعبير lambda سيعود من الدالة المحيطة به (enclosing)، أمّا الأمر return الموجود داخل الدالة المجهولة سيعود من الدالة المجهولة نفسها.

النطاق المُغلق (Closures)

تستطيع كلٌّ من تعابير lambda أو الدوال المجهولة (anonymous functions) أو الدوال المحليّة (local functions) أو تعابير الكائنات (object expressions) الوصول إلى العناصر الموجودة ضمن نطاقها المغلق أي لكافّة المتغيِّرات الموجودة في المجال الخارجيّ (outer scope)، وعلى عكس لغة Java فإنّه من الممكن تعديل المتغيِّرات الموجودة ضمن هذا النطاق، كما في الشيفرة:

var sum = 0
ints.filter { it > 0 }.forEach {
    sum += it
}
print(sum)

القيم الحرفيّة للدوال مع المستقبِل (Function Literals with Receiver)

تتيح لغة Kotlin إمكانيّة استدعاء قيمة حرفيّة للدالة بكائنٍ مستقبِل مُحدَّدٍ، إذ يمكن -داخل بُنية قيمة الدالة الحرفيّة- استدعاء التوابع عبر الكائن المُستقبِل دون استخدام أيّ مقيّدات (qualifiers) إضافيّة، وهذا يماثل الدوال الإضافيّة (extension functions) التي تسمح بالوصول (accessing) إلى عناصر الكائن المستقبِل داخل بُنية الدالة، ومن أشهر الأمثلة عنها المُنشِئ الحافظ للنوع (type-safe builders).

نوع هذه القيم الحرفيّة للدالة (function literals) هو نوع دالةٍ مع المستقبِل، أي:

sum : Int.(other: Int) -> Int

إذ من الممكن استدعاؤها وكأنها تابعٌ للكائن المستقبِل بالشكل:

1.sum(2)

وتسمح صيغة الدالة المجهولة (anonymous function) بتحديد نوع المستقبِل للقيمة الحرفيّة للدالة مباشرةً، وهذا يفيد عند الحاجة إلى التصريح عن معاملٍ من نوع الدالة مع المستقبِل لاستخدامه فيما بعد، مثل:

val sum = fun Int.(other: Int): Int = this + other

كما يمكن إسناد القيمة غير الحرفيّة (non-literal) من نوع الدالة بالمستقبِل أو تمريرها كوسيطٍ بالموقع الذي تُتوقَّع فيه الدالة العاديّة، والتي تحتوي على معاملٍ أولٍ إضافيِّ من نوع المستقبِل وبالعكس، فمثلًا: يكون النوعان String.(Int) -> Boolean و (String, Int) -> Boolean متوافقين في الشيفرة:

val represents: String.(Int) -> Boolean = { other -> toIntOrNull() == other }
println("123".represents(123)) // true

fun testOperation(op: (String, Int) -> Boolean, a: String, b: Int, c: Boolean) =
    assert(op(a, b) == c)
    
testOperation(represents, "100", 100, true) // OK

وعندما يكون من الممكن تحديد نوع المستقبِل من السياق العامّ فتستخدم حينئذٍ تعابير lambda كقيمٍ حرفيّةٍ للدوال مع المستقبِل، مثل:

class HTML {
    fun body() { ... }
}

fun html(init: HTML.() -> Unit): HTML {
    val html = HTML()  // إنشاء الكائن المستقبِل
    html.init()        // تمرير الكائن المستقبِل إلى lambda
    return html
}


html {       // بداية lambda 
             // مع المستقبِل
    body()   // استدعاء تابع عبر الكائن المستقبِل
}

مصادر

• صفحة الدوال من المرتبة الأعلى وLambdas في التوثيق الرسميّ للغة Kotlin