Clojure基礎課程2-Clojure中的資料長啥樣?

本文來自網易雲社區

 

李諾

" Clojure is elegant and pragmatic; it helps me focus more on solving business problems."

不同於Java這類靜態語言, Clojure是動態語言，動態類型意味著這些類型會在代碼運行時由Clojure動態推匯出來，編譯時間不作任何限制。

user=> (defn f1 [a b] (+ "1" 2))#'user/f1

user=> (f1 1 2)ClassCastException java.lang.String cannot be cast to java.lang.Number  clojure.lang.Numbers.add (Numbers.java:128)

對比上面的兩端代碼，即使函數f1中含有類型有誤的運算式(+ "1" 2)也是可以定義的。然而一旦啟動並執行時候(我們隨意給了兩個沒有用到的參數)，函數+會嘗試將"1"和2投射(cast)到Java中的Number類，這時候代碼中的類型錯誤就會以ClassCastException拋出來，因為字串"1"是無法被投射到Number類的。

注意: 投射(cast)和轉換(convert)並不一樣，cast一般是將一個子類的成員投射到它的超類上，而像Javascript中"1" + 2 = 3所做的就是隱式轉換了。Clojure的原生函數沒有使用隱式轉換。

所以我們在寫代碼的時候一般不需要給定資料類型，但這不意味著類型就不重要了。

為了更好地認識Clojure的類型，首先要會用一個函數: type

user=> (doc type)-------------------------clojure.core/type([x])  Returns the :type metadata of x, or its Class if nonenil

我們可以用這個函數擷取定義中的中繼資料中的:type項，如果沒有這項，那麼就返回它的類名。

基礎資料型別 (Elementary Data Type)

我們先來看一些常見的值被推導的預設類型:

數值

• 整數 1,2,3...

•  

user=> (type 1)java.lang.Long

Clojure的整數預設使用Java中的Long基礎類型，

• 小數 1.414,π...

•  

user=> (type Math/PI)java.lang.Double

小數使用Java中的Double類型。

如果我們想要使用其他一些java中的基本類型的整數或者浮點數，我們可以使用

user=> (type (int 1))java.lang.Integeruser=> (type (float 3.14))java.lang.Float

這類強制轉換(Coerce)函數來產生。

有興趣的同學可以去試試  (type 1111111111111111111111111111111111111111)  和  (type (/ 1 2)) 是什麼類型的。 

字串

 

user=> (type \a)java.lang.Characteruser=> (type "Hello")java.lang.String

 

字元和字串同樣也是來自Java。

關鍵詞

 

可以看到，數字，字串都使用的是Java的類型，而Clojure中也有一些專屬的內建基礎類型，如關鍵詞，

 

user=> (type :hello)clojure.lang.Keyword

 

如類似:a,:book,:code這樣的關鍵詞。關鍵詞的相等性測試非常快，所以關鍵詞常見的使用情境是map類型(之後會詳細介紹)中的key。

在下面的這個benchmark中，我們對比了從兩種map中擷取key對應的value的調用時間，使用關鍵詞做key的map比另一個使用字串做key的map快了50%，

insight.main=> (def t {:hello 1}):hella#'insight.main/tinsight.main=> (quick-bench (get t :hello))WARNING: Final GC required 76.32000953339649 % of runtimeEvaluation count : 55186818 in 6 samples of 9197803 calls.             Execution time mean : 10.005364 ns    Execution time std-deviation : 1.900011 ns   Execution time lower quantile : 8.087005 ns ( 2.5%)   Execution time upper quantile : 12.200609 ns (97.5%)                   Overhead used : 2.154486 nsnilinsight.main=> (def t1 {"hello" 1})#'insight.main/t1insight.main=> (quick-bench (get t1 "hello"))WARNING: Final GC required 71.39921475186507 % of runtimeEvaluation count : 39262944 in 6 samples of 6543824 calls.             Execution time mean : 15.356626 ns    Execution time std-deviation : 0.589740 ns   Execution time lower quantile : 14.530609 ns ( 2.5%)   Execution time upper quantile : 16.016271 ns (97.5%)                   Overhead used : 2.154486 nsFound 1 outliers in 6 samples (16.6667 %)    low-severe     1 (16.6667 %) Variance from outliers : 13.8889 % Variance is moderately inflated by outliersnilinsight.main=>

集合(Collections)

 

要看懂Clojure的代碼，只有前面的這些類型還不夠，還需要一些基本的資料結構，如Vector,List,Map,Set等等，因為Clojure的代碼即資料。

 

List

 

List的是函數式語言裡常見的一種資料結構，我們可以有兩種基本的方法構成

 

user=> (type '(1 2 3))clojure.lang.PersistentListuser=> (type (list 1 2 3))clojure.lang.PersistentList

 

事實上，list的顯示是不需要'(quote)或者list的

 

user=> (map inc '(1 2 3))(2 3 4)

 

那為什麼在構建list的時候不能這樣寫呢？其實原因很簡單，

 

list是構成Clojure代碼的重要組成部分!

 

回看Clojure這類Lisp語言的文法，到處可見如(type 1)，(+ 1 2)這樣的list形式的代碼，其實形如

 

(operator operand1 operand2 ... operandn)

這樣的代碼中，第一項operator會被當做可執行檔函數, 後面的n項operands則是operator的參數。簡單的來說，就是以list的形式寫的運算式，預設會被當成一個函數應用(function application)的運算式求值(evaluate), 而'，也就是quote函數，能阻止求值。

 

求值:

 

user=> (list 1 (+ 1 2) 3)(1 3 3)

 

不求值:

 

user=> '(1 (+ 1 2) 3)(1 (+ 1 2) 3)

Clojure語言具有同像性(homoiconicity)，也就是說，代碼一般是以資料的形式組織在一起的，這讓作業碼變得和操作資料一樣容易，方便了元編程(Clojure中可以編寫宏)。

 回到list的類型上，list在Clojure裡面被叫做  PersistentList  也就是"持久化的list"，是不可變資料類型的一種。Clojure的持久化的資料結構方便了在資料不可變的前提下，對於基於已有資料結構的“修改”操作(資料不可變，“修改”本質上來說是新資料的建立)，能夠儘可能的結構共用(structure sharing)。

持久化list的結構共用可以用下面的這個例子解釋(來自Wiki):

(def xs '(0 1 2))(def ys '(3 4 5))

將這兩個list做連接合并(concat)

(def zs (concat xs ys))

可以看到xs和ys都存留了下來，在記憶體中只有xs做了複製，而ys被共用了，因為圖中藍色的部分和xs並不完全一樣

Vector

Vector是Clojure裡一般被理解作類似Java裡的ArrayList的資料結構。

user=> (type [0 1 2])clojure.lang.PersistentVector

Vector同樣也是持久化的資料類型。

事實上Vector是以樹形結構儲存的數組，它每一層最多有32個子節點，所以它的隨機訪問是O(log32n)的(也就是O(logn))。有興趣的朋友可以看Understanding Clojure's Persistent Vectors, pt. 1裡關於如何增加，刪減元素的非常詳盡的介紹。  

類似地，我們也可以用

user=> (vector 1 2 3)[1 2 3]

來組成Vector，或是用

user=> (vec '(1 2 3))[1 2 3]

將list或其他結構轉換成vector。

我們一般也可以把vector視作和array類似的，添加，更新，查詢都只要O(1)的結構。

Vector也是一個經常用於組織代碼，如在函數定義中

(defn plus [a b]  (+ a b))

函數名字和函數體之間的函數參數就是以vector的形式給出的。其他的還有let中

(defn f1 [a b]  (let [sum (+ a b)        diff (- a b)]    (* sum diff)))

我們需要給出一個有偶數對成員的且滿足一些特殊條件的vector。

Set

在Clojure中，Set也是內建的資料結構，有特別的書寫形式

user=> (type #{1 2 3})clojure.lang.PersistentHashSet

Set的成員具有唯一性，我們可以直接把它當做一個函數使用，判斷一個值是否是集合中的一員

user=> (def s1 #{1 3 5 7})#'user/s1user=> (s1 3)3user=> (s1 4)nil

當這個成員存在於集合中，會返回它自身，不然則返回nil(等同於null)。

Map

Map是Clojure中使用頻率非常高的資料結構，對於簡單的map，我們可以直接在{``}中寫偶數個成員, key和value均不用使用同一類型，

user=> (type {:name "doge" "age" 2})clojure.lang.PersistentArrayMap

預設的map類型為ArrayMap, 它的結構和Vector比較類似，裡面的條目是按照建立的順序排列的，如果要建立HashMap,我們可以用

user=> (hash-map :name "X" :age "10"){:age "10", :name "X"}user=> (type (hash-map :name "X" :age "10"))clojure.lang.PersistentHashMap

Map同樣可以被當做函數執行，

user=> (def m1 {:name "X" :age "10"})#'user/m1user=> (m1 :name)"X"user=> (m1 :title)niluser=> (m1 :title "default value")"default value"

會在map中尋找第一個給入的參數作為key的value，如果沒有，預設返回nil，如果有第二個參數，會代替nil返回。

Clojure給Map的操作提供了不少便捷的函數，我們可以用get來擷取某個key對應的value

user=> (def m1 {:age 10 :name {:firstname "John" :surname "Smith"}})#'user/m1user=> (get m1 :name){:firstname "John", :surname "Smith"}

而當我們需要查詢更深層的value時候，我們可以使用get-in，搭配上一個按順序給出的keys的vector

user=> (get-in m1 [:name :surname])"Smith"

當我們要插入或是覆蓋某個key對應的value時，我們可以使用assoc

 

user=> (assoc m1 :height 150){:age 10, :name {:firstname "John", :surname "Smith"}, :height 150}

如果需要更新某個value，可以使用update

 

user=> (update m1 :age (fn [x] (+ x 1))){:age 11, :name {:firstname "John", :surname "Smith"}}

update和assoc的區別在於update可以把原來的值作為產生新的值的一個參數，其實他也等同於你用get之後再用assoc，用下面的等式來表達

(update m k f) = (assoc m k (f (get m k)))

在使用的時候，使用最貼合代碼邏輯的寫法，會更有利於代碼的可讀性和可維護性。後面的寫法如果要等於左邊m和k都出現了兩次，潛在的增加了修改時的風險。但是後面的寫法有時會顯得更為靈活。  

和get類似，Clojure也提供了assoc-in和update-in，配合上一個常用的宏->使用，可以讓map的操作寫起來非常簡潔直觀

user=> (-> {:name {:fullname "Xiao Wang"} :from {:Country "China" :City "Beijing"}}  #_=>     (assoc :age 30)  #_=>     (assoc-in [:from :City] "Shanghai")  #_=>     (update-in [:name :fullname] (fn [full-name] (clojure.string/split full-name #" ")))  #_=>     ){:name {:fullname ["Xiao" "Wang"]}, :from {:Country "China", :City "Shanghai"}, :age 30}

總結

認識了這些基本的資料類型之後，Clojure的代碼將會變得非常容易上手，歡迎感興趣的朋友們嘗試Clojure，Clojure的簡潔和直觀一定能夠讓你印象深刻,讓你能夠更focus在解決真正的問題上。安裝的方法可以參考之前我寫的這篇，

答案

user=> (type 111111111111111111111111111111111111111111111111111)clojure.lang.BigIntuser=> (type (/ 1 2))clojure.lang.Ratio

 

 

 

網易雲新使用者大禮包：www.163yun.com/gift

本文來自網易雲社區，經作者李諾授權發布。

 

 

相關文章：
【推薦】 一份ECMAScript2015的代碼規範（上）