Scala 中的偏函数（Partial Functions）详解

1. 引言

在本教程中，我们将深入探讨 Scala 中的 偏函数（Partial Function）。
✅ 偏函数是一种只对定义域的子集适用的函数。

举个例子：我们可以定义一个作用于 Int 类型的函数，但它只处理奇数。

2. 理解偏函数的定义

查看 Scala 官方文档，偏函数有以下三个关键特性：

✅ 是一元操作（只接受一个参数）
✅ 仅适用于其定义域的一个子集
✅ 可以显式定义 isDefinedAt 方法来判断是否适用，以及 apply 方法来执行逻辑

来看一个简单的偏函数示例：

val squareRoot: PartialFunction[Double, Double] = {
  def apply(x: Double) = Math.sqrt(x)
  def isDefinedAt(x: Double) = x >= 0
}

这个函数具备如下特点：

接收一个 Double 类型参数
仅适用于非负数（x >= 0）
显式定义了 isDefinedAt 和 apply 方法

因此，它确实是一个偏函数。

⚠️ 实际开发中，isDefinedAt 和 apply 通常是隐式定义的。我们可以使用 case 语句来简化写法：

val squareRootImplicit: PartialFunction[Double, Double] = {
  case x if x >= 0 => Math.sqrt(x)
}

如果我们对负数调用该函数，会抛出 scala.MatchError 运行时异常。

3. 使用 `orElse` 和 `andThen` 进行链式调用

偏函数的强大之处在于可以链式组合。

假设我们要实现一个函数：正数变负数，负数或零变正数。虽然直接乘以 -1 就行了，但为了演示链式调用，我们拆成两个偏函数：

val negativeOrZeroToPositive: PartialFunction[Int, Int] = {
  case x if x <= 0 => Math.abs(x)
}

val positiveToNegative: PartialFunction[Int, Int] = {
  case x if x > 0 => -1 * x
}

然后使用 orElse 将它们组合：

val swapSign: PartialFunction[Int, Int] = {
  positiveToNegative orElse negativeOrZeroToPositive
}

此外，还可以使用 andThen 来串联后续处理逻辑。比如：

val printIfPositive: PartialFunction[Int, Unit] = {
  case x if x > 0 => println(s"$x is positive!")
}

然后链式调用：

(swapSign andThen printIfPositive)(-1)

这样写出来的代码简洁清晰，逻辑一目了然。

4. 在集合中的使用

偏函数在处理集合时非常实用。主要有以下几个方法值得关注：

4.1. `collect`、`map` 和 `filter`

✅ collect 方法会将偏函数应用到集合中满足条件的元素，并返回新集合。

定义一个偏函数用于 collect：

val parseRange: PartialFunction[Any, Int] = {
  case x: Int if x > 10 => x + 1
}
List(15, 3, "aString") collect { parseRange }

结果是 List(16)，因为只有 15 满足类型为 Int 且大于 10。

⚠️ 如果我们用 map：

List(15, 3, "aString") map { parseRange }

会抛出 scala.MatchError，因为 map 会尝试对所有元素应用函数，包括字符串。

再看 filter 与 collect 的区别：

List(1, 2) collect { case i: Int => i > 10 }
List(1, 2) filter { case i: Int => i > 10 }

collect 返回：List(false, false)
filter 返回：List()（空列表）

注意，这里我们用的是匿名函数形式定义的偏函数。

5. 总结

本文讲解了 Scala 中的偏函数，展示了如何通过 orElse 和 andThen 进行链式调用，以及如何在集合操作中使用 collect、map 和 filter。

✅ 偏函数在构建高可组合性代码时非常有用，尤其是在处理数据转换和集合操作时。

合理使用偏函数，可以让代码更加简洁、健壮、易读。

如需查看完整代码，欢迎访问：GitHub 项目地址

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