Julia 函数

函数是 Julia 程序的基本构建块。Julia 的函数功能强大，支持多种定义方式和高级特性。

函数定义

基本定义

# 标准定义
function greet(name)
    println("Hello, $name!")
end

greet("Julia")  # Hello, Julia!

# 带返回值
function add(a, b)
    return a + b
end

result = add(3, 5)
println(result)  # 8

# 最后一个表达式自动返回
function multiply(a, b)
    a * b  # 不需要 return
end

简短定义

# 单行函数定义
add(a, b) = a + b
square(x) = x^2

println(add(3, 5))     # 8
println(square(4))     # 16

# 更复杂的单行函数
distance(x, y) = sqrt(x^2 + y^2)
println(distance(3, 4))  # 5.0

匿名函数

# 使用 -> 语法
f = x -> x^2
println(f(5))  # 25

# 多参数
add = (x, y) -> x + y
println(add(3, 4))  # 7

# 在高阶函数中使用
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squares = map(x -> x^2, numbers)
println(squares)  # [1, 4, 9, 16, 25]

# 使用 function 定义匿名函数
f = function(x, y)
    x + y
end

参数

位置参数

function describe(name, age, city)
    println("$name is $age years old and lives in $city")
end

describe("Alice", 30, "Beijing")

默认参数

function greet(name, greeting="Hello")
    println("$greeting, $name!")
end

greet("Julia")            # Hello, Julia!
greet("Julia", "Hi")      # Hi, Julia!

# 多个默认参数
function create_user(name, age=18, active=true)
    return (name=name, age=age, active=active)
end

println(create_user("Bob"))            # (name = "Bob", age = 18, active = true)
println(create_user("Alice", 25))      # (name = "Alice", age = 25, active = true)

关键字参数

使用分号 ; 分隔位置参数和关键字参数：

function create_user(name; age=18, city="Unknown")
    return (name=name, age=age, city=city)
end

# 必须使用关键字名称
println(create_user("Alice"))
println(create_user("Bob", age=25))
println(create_user("Charlie", city="Shanghai", age=30))

# 必需的关键字参数（无默认值）
function connect(; host, port)
    println("Connecting to $host:$port")
end

connect(host="localhost", port=8080)

可变参数

# 位置可变参数
function sum_all(args...)
    total = 0
    for x in args
        total += x
    end
    return total
end

println(sum_all(1, 2, 3))        # 6
println(sum_all(1, 2, 3, 4, 5))  # 15

# 关键字可变参数
function print_kwargs(; kwargs...)
    for (key, value) in kwargs
        println("$key = $value")
    end
end

print_kwargs(a=1, b=2, c=3)

# 展开参数
args = (1, 2, 3)
println(sum_all(args...))  # 6

kwargs = (a=1, b=2)
print_kwargs(; kwargs...)

返回值

单个返回值

function double(x)
    return x * 2
end

多个返回值

# 返回元组
function minmax(a, b)
    if a < b
        return (a, b)
    else
        return (b, a)
    end
end

result = minmax(5, 3)
println(result)  # (3, 5)

# 解构返回值
min_val, max_val = minmax(5, 3)
println("min: $min_val, max: $max_val")

# 返回命名元组
function analyze(data)
    return (
        min = minimum(data),
        max = maximum(data),
        avg = sum(data) / length(data)
    )
end

result = analyze([1, 2, 3, 4, 5])
println(result.avg)  # 3.0

无返回值

function print_hello()
    println("Hello!")
    # 隐式返回 nothing
end

result = print_hello()
println(result)  # nothing

类型注解

参数类型

function add(a::Int, b::Int)
    return a + b
end

println(add(3, 5))    # 8
# add(3.0, 5.0)       # 错误！类型不匹配

# 抽象类型
function add_numbers(a::Number, b::Number)
    return a + b
end

println(add_numbers(3, 5.0))  # 8.0

返回类型

function divide(a, b)::Float64
    return a / b
end

result = divide(10, 3)
println(typeof(result))  # Float64

参数化类型

function first_element(arr::Vector{T}) where T
    return arr[1]::T
end

println(first_element([1, 2, 3]))      # 1
println(first_element(["a", "b"]))     # "a"

多重派发

Julia 的核心特性之一是多重派发：根据所有参数的类型选择方法。

# 定义多个方法
describe(x::Int) = "整数: $x"
describe(x::Float64) = "浮点数: $x"
describe(x::String) = "字符串: $x"
describe(x) = "未知类型: $x"

println(describe(42))       # 整数: 42
println(describe(3.14))     # 浮点数: 3.14
println(describe("hello"))  # 字符串: hello
println(describe([1,2,3]))  # 未知类型: [1, 2, 3]

# 多参数派发
multiply(a::Int, b::Int) = "两个整数: $(a * b)"
multiply(a::Float64, b::Float64) = "两个浮点: $(a * b)"
multiply(a::Int, b::Float64) = "混合类型: $(a * b)"

println(multiply(3, 4))       # 两个整数: 12
println(multiply(3.0, 4.0))   # 两个浮点: 12.0
println(multiply(3, 4.0))     # 混合类型: 12.0

查看方法

# 查看函数的所有方法
println(methods(describe))

# 查看特定类型的方法
println(@which describe(42))

高阶函数

函数作为参数

function apply_twice(f, x)
    return f(f(x))
end

println(apply_twice(x -> x + 1, 5))  # 7
println(apply_twice(x -> x * 2, 3))  # 12

函数作为返回值

function make_multiplier(n)
    return x -> x * n
end

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

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

常用高阶函数

arr = [1, 2, 3, 4, 5]

# map - 映射
println(map(x -> x^2, arr))  # [1, 4, 9, 16, 25]

# filter - 过滤
println(filter(x -> x > 2, arr))  # [3, 4, 5]

# reduce - 归约
println(reduce(+, arr))  # 15

# foreach - 遍历（无返回值）
foreach(println, arr)

# any / all - 条件检查
println(any(x -> x > 3, arr))  # true
println(all(x -> x > 0, arr))  # true

do 语法

用于传递多行匿名函数：

# 使用 do 块
result = map([1, 2, 3]) do x
    y = x^2
    y + 1
end
println(result)  # [2, 5, 10]

# 等价于
result = map(x -> begin
    y = x^2
    y + 1
end, [1, 2, 3])

# 文件操作中常用
open("test.txt", "w") do f
    write(f, "Hello, Julia!")
end

闭包

函数可以捕获外部变量：

function make_counter()
    count = 0
    return function()
        count += 1
        return count
    end
end

counter = make_counter()
println(counter())  # 1
println(counter())  # 2
println(counter())  # 3

# 另一个独立计数器
counter2 = make_counter()
println(counter2())  # 1

函数组合

# 使用 ∘ 组合函数
f = sqrt ∘ abs
println(f(-16))  # 4.0（先取绝对值，再开方）

# 链式组合
g = uppercase ∘ strip ∘ string
println(g(42))  # "42"

# 管道运算符
result = -16 |> abs |> sqrt
println(result)  # 4.0

递归

# 阶乘
function factorial(n)
    if n <= 1
        return 1
    else
        return n * factorial(n - 1)
    end
end

println(factorial(5))  # 120

# 斐波那契（带记忆化）
function fib(n, memo=Dict{Int,Int}())
    if n <= 2
        return 1
    end
    if haskey(memo, n)
        return memo[n]
    end
    result = fib(n-1, memo) + fib(n-2, memo)
    memo[n] = result
    return result
end

println(fib(50))  # 12586269025

内置函数操作

# 函数信息
println(methods(+))   # 查看所有 + 方法

# 方法查找
@which 1 + 2         # 查看使用的具体方法

# 参数信息
# 使用 ? 在 REPL 中查看函数文档

文档字符串

"""
    add(a, b)

计算两个数的和。

# 参数
- `a`: 第一个数
- `b`: 第二个数

# 返回值
返回 a 和 b 的和。

# 示例
```julia
julia> add(2, 3)
5

""" function add(a, b) return a + b end

在 REPL 中使用 ? add 查看文档

## 下一步

学习完函数后，请继续学习：
- [流程控制](julia-control-flow) - 条件和循环
- [元编程](julia-metaprogramming) - 宏和代码生成
- [数据类型](julia-data-types) - 类型在函数中的应用