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Go 函数式编程以及在 Tendermint/Cosmos-SDK 中的应用
函数式编程(Functional Programming)实际是非常古老的概念,不过近几年大有越来越流行之势,连很多老牌语言(比如 Java)也增加了对函数式编程的支持。本文结合 Temdermint/Cosmos-SDK 源代码,介绍函数式编程中最重要的一些概念,以及如何使用 Go 语言进行函数式编程。以下是本文将要讨论的主要内容:
- 一等函数
- 高阶函数
- 匿名函数
- 闭包
- λ 表达式
一等函数
如果在一门编程语言里,函数(或者方法、过程、子例程等,各种语言叫法不同)享有 一等公民 的待遇,那么我们就说这门语言里的函数是 一等函数(First-class Function)。那怎样才能算是“一等公民”呢?简单来说就是和其他数据类型待遇差不多,不会被区别对待。比如说:可以把函数赋值给变量或者结构体字段;可以把函数存在 array、map 等数据结构里;可以把函数作为参数传递给其他函数;也可以把函数当其他函数的返回值返回;等等。下面结合 Cosmos-SDK 源代码举几个具体的例子。
普通变量
以 auth 模块的 AccountKeeper 为例,这个 Keeper 提供了一个 GetAllAccounts()
方法,返回系统中所有的账号:
// GetAllAccounts returns all accounts in the accountKeeper.
func (ak AccountKeeper) GetAllAccounts(ctx sdk.Context) []Account {accounts := []Account{}
appendAccount := func(acc Account) (stop bool) {accounts = append(accounts, acc)
return false
}
ak.IterateAccounts(ctx, appendAccount)
return accounts
}
从代码可以看到,函数被赋值给了普通的变量 appendAccount
,进而又被传递给了IterateAccounts()
方法。
结构体字段
Cosmos-SDK 提供了 BaseApp 结构体,作为构建区块链 App 的 ” 基础 ”:
// BaseApp reflects the ABCI application implementation.
type BaseApp struct {
// 省略无关字段
anteHandler sdk.AnteHandler // ante handler for fee and auth
initChainer sdk.InitChainer // initialize state with validators and state blob
beginBlocker sdk.BeginBlocker // logic to run before any txs
endBlocker sdk.EndBlocker // logic to run after all txs, and to determine valset changes
addrPeerFilter sdk.PeerFilter // filter peers by address and port
idPeerFilter sdk.PeerFilter // filter peers by node ID
// 省略无关字段
}
这个结构体定义了大量的字段,其中有 6 个字段是函数类型。这些函数起到 callback 或者 hook 的作用,影响具体区块链 app 的行为。下面是这些函数的类型定义:
// cosmos-sdk/types/handler.go
type AnteHandler func(ctx Context, tx Tx, simulate bool) (newCtx Context, result Result, abort bool)
// cosmos-sdk/types/abci.go
type InitChainer func(ctx Context, req abci.RequestInitChain) abci.ResponseInitChain
type BeginBlocker func(ctx Context, req abci.RequestBeginBlock) abci.ResponseBeginBlock
type EndBlocker func(ctx Context, req abci.RequestEndBlock) abci.ResponseEndBlock
type PeerFilter func(info string) abci.ResponseQuery
Slice 元素
Cosmos-SDK 提供了 Int 类型,用来表示 256 比特整数。下面是从 int_test.go 文件中摘出来的一个单元测试,演示了如何把函数保存在 slice 里:
func TestImmutabilityAllInt(t *testing.T) {ops := []func(*Int){func(i *Int) {_ = i.Add(randint()) },
func(i *Int) {_ = i.Sub(randint()) },
func(i *Int) {_ = i.Mul(randint()) },
func(i *Int) {_ = i.Quo(randint()) },
func(i *Int) {_ = i.AddRaw(rand.Int63()) },
func(i *Int) {_ = i.SubRaw(rand.Int63()) },
func(i *Int) {_ = i.MulRaw(rand.Int63()) },
func(i *Int) {_ = i.QuoRaw(rand.Int63()) },
func(i *Int) {_ = i.Neg() },
func(i *Int) {_ = i.IsZero() },
func(i *Int) {_ = i.Sign() },
func(i *Int) {_ = i.Equal(randint()) },
func(i *Int) {_ = i.GT(randint()) },
func(i *Int) {_ = i.LT(randint()) },
func(i *Int) {_ = i.String() },
}
for i := 0; i < 1000; i++ {n := rand.Int63()
ni := NewInt(n)
for opnum, op := range ops {op(&ni) // 调用函数
require.Equal(t, n, ni.Int64(), "Int is modified by operation. tc #%d", opnum)
require.Equal(t, NewInt(n), ni, "Int is modified by operation. tc #%d", opnum)
}
}
}
Map 值
还是以 BaseApp 为例,这个包里定义了一个 queryRouter 结构体,用来表示“查询路由”:
type queryRouter struct {routes map[string]sdk.Querier
}
从代码可以看出,这个结构体的 routes
字段是一个map
,值是函数类型,在 queryable.go 文件中定义:
// Type for querier functions on keepers to implement to handle custom queries
type Querier = func(ctx Context, path []string, req abci.RequestQuery) (res []byte, err Error)
把函数作为其他函数的参数和返回值的例子在下一小节中给出。
高阶函数
高阶函数 (Higher Order Function)听起来很高大上,但其实概念也很简单:如果一个函数有函数类型的参数,或者返回值是函数类型,那么这个函数就是高阶函数。以前面出现过的AccountKeeper
的IterateAccounts()
方法为例:
func (ak AccountKeeper) IterateAccounts(ctx sdk.Context, process func(Account) (stop bool)) {store := ctx.KVStore(ak.key)
iter := sdk.KVStorePrefixIterator(store, AddressStoreKeyPrefix)
defer iter.Close()
for {if !iter.Valid() {return}
val := iter.Value()
acc := ak.decodeAccount(val)
if process(acc) {return}
iter.Next()}
}
由于它的第二个 参数 是函数类型,所以它是一个高阶函数(或者更严谨一些,高阶方法)。同样是在 auth 模块里,有一个 NewAnteHandler()函数:
// NewAnteHandler returns an AnteHandler that checks and increments sequence
// numbers, checks signatures & account numbers, and deducts fees from the first
// signer.
func NewAnteHandler(ak AccountKeeper, fck FeeCollectionKeeper) sdk.AnteHandler {return func(ctx sdk.Context, tx sdk.Tx, simulate bool) (newCtx sdk.Context, res sdk.Result, abort bool) {// 代码省略}
}
这个函数的 返回值 是函数类型,所以它也是一个高阶函数。
匿名函数
像上面例子中的 NewAnteHandler()
函数是有自己的名字的,但是在定义和使用高阶函数时,使用 匿名函数 (Anonymous Function)更方便一些。比如NewAnteHandler()
函数里的返回值就是一个匿名函数。匿名函数在 Go 代码里面非常常见,比如很多函数都需要使用 defer
关键字来确保某些逻辑推迟到函数返回前执行,这个时候用匿名函数就很方便。仍然以 NewAnteHandler
函数为例:
// NewAnteHandler returns an AnteHandler that checks and increments sequence
// numbers, checks signatures & account numbers, and deducts fees from the first
// signer.
func NewAnteHandler(ak AccountKeeper, fck FeeCollectionKeeper) sdk.AnteHandler {return func(ctx sdk.Context, tx sdk.Tx, simulate bool) (newCtx sdk.Context, res sdk.Result, abort bool) {
// 前面的代码省略
// AnteHandlers must have their own defer/recover in order for the BaseApp
// to know how much gas was used! This is because the GasMeter is created in
// the AnteHandler, but if it panics the context won't be set properly in
// runTx's recover call.
defer func() {if r := recover(); r != nil {switch rType := r.(type) {
case sdk.ErrorOutOfGas:
log := fmt.Sprintf(
"out of gas in location: %v; gasWanted: %d, gasUsed: %d",
rType.Descriptor, stdTx.Fee.Gas, newCtx.GasMeter().GasConsumed(),
)
res = sdk.ErrOutOfGas(log).Result()
res.GasWanted = stdTx.Fee.Gas
res.GasUsed = newCtx.GasMeter().GasConsumed()
abort = true
default:
panic(r)
}
}
}() // 就地执行匿名函数
// 后面的代码也省略
}
}
再比如使用 go
关键字执行 goroutine,具体例子参见定义在 cosmos-sdk/server/util.go 文件中的 TrapSignal()
函数:
// TrapSignal traps SIGINT and SIGTERM and terminates the server correctly.
func TrapSignal(cleanupFunc func()) {sigs := make(chan os.Signal, 1)
signal.Notify(sigs, syscall.SIGINT, syscall.SIGTERM)
go func() {
sig := <-sigs
switch sig {
case syscall.SIGTERM:
defer cleanupFunc()
os.Exit(128 + int(syscall.SIGTERM))
case syscall.SIGINT:
defer cleanupFunc()
os.Exit(128 + int(syscall.SIGINT))
}
}()}
闭包
如果匿名函数能够捕捉到 词法作用域 (Lexical Scope#Lexical_scoping))内的变量,那么匿名函数就可以成为 闭包 (Closure))。闭包在 Cosmos-SDK/Temdermint 代码里也可谓比比皆是,以 bank 模块的 NewHandler() 函数为例:
// NewHandler returns a handler for "bank" type messages.
func NewHandler(k Keeper) sdk.Handler {return func(ctx sdk.Context, msg sdk.Msg) sdk.Result {switch msg := msg.(type) {
case MsgSend:
return handleMsgSend(ctx, k, msg) // 捕捉到 k
case MsgMultiSend:
return handleMsgMultiSend(ctx, k, msg) // 捕捉到 k
default:
errMsg := "Unrecognized bank Msg type: %s" + msg.Type()
return sdk.ErrUnknownRequest(errMsg).Result()}
}
}
从代码不难看出:NewHandler()
所返回的匿名函数捕捉到了外围函数的参数k
,因此返回的其实是个闭包。
λ 表达式
匿名函数也叫做 λ 表达式(Lambda Expression),不过很多时候当我们说 λ 表达式时,一般指 更简洁 的写法。以前面出现过的 TestImmutabilityAllInt()
函数为例,下面是它的部分代码:
ops := []func(*Int){func(i *Int) {_ = i.Add(randint()) },
func(i *Int) {_ = i.Sub(randint()) },
func(i *Int) {_ = i.Mul(randint()) },
// 其他代码省略
}
从这个简单的例子不难看出,Go 的匿名函数写法还是有一定冗余的。如果把上面的代码翻译成 Python 的话,看起来像是下面这样:
ops = [lambda i: i.add(randint()),
lambda i: i.sub(randint()),
lambda i: i.mul(randint()),
# 其他代码省略
]
如果翻译成 Java8,看起来则是下面这样:
IntConsumer[] ops = new IntConsumer[] {(i) -> {i.add(randint())},
(i) -> {i.sub(randint())},
(i) -> {i.mul(randint())},
// 其他代码省略
}
可以看到,无论是 Python 还是 Java 的写法,都要比 Go 简洁一些。当匿名函数 / 闭包很短的时候,这种简洁的写法非常有优势。目前有一个 Go2 的提案,建议 Go 语言增加这种简洁的写法,但是并不知道能否通过以及何时能添加进来。
总结
Go 虽然不是存粹的函数式编程语言,但是对于一等函数 / 高阶函数、匿名函数、闭包的支持,使得用 Go 语言进行函数式编程非常方便。
本文由 CoinEx Chain 团队 Chase 写作,转载无需授权。