函数式编程是一种强调使用纯函数、避免共享状态和可变数据的编程范式。Python 虽然不是纯函数式语言，但提供了丰富的函数式编程特性。以下是 Python 函数式编程的 8 个核心技巧：

1. 纯函数 (Pure Functions)

特点：相同输入永远得到相同输出，没有副作用

# 纯函数示例
def add(a, b):
    return a + b

# 非纯函数示例（有副作用）
total = 0
def impure_add(a):
    global total
    total += a
    return total

优势：

• 更易于测试和调试
• 更易于并行化
• 更易于推理和验证

2. 高阶函数 (Higher-Order Functions)

特点：接受函数作为参数或返回函数作为结果

# map 应用函数到可迭代对象
numbers = [1, 2, 3]
squared = list(map(lambda x: x**2, numbers))  # [1, 4, 9]

# filter 过滤元素
evens = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, numbers))  # [2]

# sorted 自定义排序
words = ['apple', 'banana', 'cherry']
sorted_words = sorted(words, key=lambda x: len(x))  # 按长度排序

3. 匿名函数 (Lambda Functions)

特点：一次性使用的简单函数

# 基本语法：lambda 参数: 表达式
square = lambda x: x**2
print(square(5))  # 25

# 在排序中使用
students = [{'name': 'Alice', 'score': 90}, 
            {'name': 'Bob', 'score': 85}]
sorted_students = sorted(students, key=lambda s: s['score'], reverse=True)

最佳实践：

• 只用于简单操作
• 复杂逻辑应该使用常规函数
• 避免嵌套多层 lambda

4. 闭包 (Closures)

特点：内部函数记住并访问外部函数的变量

def make_multiplier(factor):
    def multiplier(x):
        return x * factor
    return multiplier

double = make_multiplier(2)
triple = make_multiplier(3)

print(double(5))  # 10
print(triple(5))  # 15

应用场景：

• 装饰器
• 回调函数
• 函数工厂

5. 装饰器 (Decorators)

特点：修改或增强函数行为而不改变其定义

from functools import wraps

def timer(func):
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        import time
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end = time.time()
        print(f"{func.__name__} 执行时间: {end-start:.4f}秒")
        return result
    return wrapper

@timer
def long_running_function():
    import time
    time.sleep(2)

long_running_function()

常见用途：

• 日志记录
• 性能测试
• 权限验证
• 输入验证

6. 不可变数据 (Immutable Data)

特点：创建后不能修改的数据结构

# 使用元组代替列表
point = (1, 2)  # 不可变

# 使用 frozenset 代替 set
fs = frozenset([1, 2, 3])

# 使用 namedtuple
from collections import namedtuple
Person = namedtuple('Person', ['name', 'age'])
p = Person('Alice', 25)

优势：

• 线程安全
• 易于推理
• 避免意外的修改

7. 递归 (Recursion)

特点：函数调用自身来解决问题

# 阶乘函数
def factorial(n):
    return 1 if n <= 1 else n * factorial(n-1)

# 尾递归优化（Python 不支持自动优化，但可以这样写）
def factorial_tail(n, acc=1):
    return acc if n <= 1 else factorial_tail(n-1, acc*n)

注意事项：

• Python 有递归深度限制（默认约1000）
• 对于深递归考虑使用迭代
• 尾递归可以避免栈溢出（但Python不优化）

8. 函数组合 (Function Composition)

特点：将多个函数组合成一个新函数

from functools import reduce

def compose(*funcs):
    """从右到左组合函数"""
    return reduce(lambda f, g: lambda x: f(g(x)), funcs, lambda x: x)

# 示例函数
add1 = lambda x: x + 1
mul2 = lambda x: x * 2
square = lambda x: x**2

# 组合函数：square(mul2(add1(x)))
composed = compose(square, mul2, add1)
print(composed(3))  # ((3 + 1) * 2)^2 = 64

替代方案：

# 使用管道式处理（从左到右）
def pipe(*funcs):
    return reduce(lambda f, g: lambda x: g(f(x)), funcs, lambda x: x)

piped = pipe(add1, mul2, square)
print(piped(3))  # 同上结果

进阶技巧：惰性求值 (Lazy Evaluation)

# 生成器表达式
numbers = (x**2 for x in range(1000000))  # 不立即计算

# itertools 模块
from itertools import islice, count

# 无限序列
natural_numbers = count(1)
first_10 = islice(natural_numbers, 10)
print(list(first_10))  # [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

实际应用示例

数据处理管道

from functools import partial

# 构建处理管道
process = partial(pipe,
                 str.strip,
                 str.lower,
                 lambda s: s.replace(' ', '_'),
                 lambda s: s.encode('utf-8'))

result = process("  Hello World  ")
print(result)  # b'hello_world'

函数式风格的状态管理

# 使用不可变数据和纯函数管理状态
def update_user(user, **changes):
    return user._replace(**changes)

user = Person('Alice', 25)
new_user = update_user(user, age=26)

这些核心技巧可以帮助你写出更简洁、更模块化、更易于维护的 Python 代码。函数式编程特别适合数据处理、转换和管道操作等场景。