在學習完函數式編程的思考方法之后，嘗試一下更高級的例子吧。這次考慮一下處理類似于XML的樹結構數據的程序。既不使用循環也不使用變量如何來描述復雜的處理呢？

先出一個處理XML數據的題目。例如有如下的XML數據，有目錄和文件，目錄下有目錄和文件兩種元素。

< xml> 
< dir name="com"> 
< dir name="mamezou"> 
< file name="aaa.txt">< /file> 
< file name="bbb.txt">< /file> 
< /dir> 
< file name="ccc.txt">< /file> 
< /dir> 
< file name="ddd.txt">< /file> 
< /xml> 

題目的內容是從中取出文件的部分，并打印出文件名。程序的執行結果因該如下：

file:aaa.txt  
file:bbb.txt  
file:ccc.txt  
file:ddd.txt 

好，會變成怎樣的程序呢？另外，Scala有非常強大的XML處理功能，以上的功能實際上只要一兩行程序就可以完成了。但是這次為了說明函數式編程，特地不使用哪些功能，而使用簡單功能來從頭開始編碼。

Scala中XML語句可以作為語言文本（Literal）像數字和字符串一樣被處理。像下面這樣

scala> val xml = < xml> 
| < dir name="com"> 
| < dir name="mamezou"> 
| < file name="aaa.txt">< /file> 
| < file name="bbb.txt">< /file> 
| < /dir> 
| < file name="ccc.txt">< /file> 
| < /dir> 
| < file name="ddd.txt">< /file> 
| < /xml> 
xml: scala.xml.Elem =  
< xml> 
< dir name="com"> 
：（以下略） 

沒有雙引號，一開始就寫XML文本，然后將其賦值給變量（這里是xml）。他的類型是scala.xml.Elem，父類型為scala.xml.Node，表示XML的標記。在這里包含在< xml>< /xml>標記對中的內容被綁定在變量xml上。該Node類型里有名為child的方法，返回該標記的所有子元素。例如，這里xml.child將返回以如下兩個標記為成員的類似于ArrayBuffer的數組對象。

< dir name="com"> 
:  
< /dir> 

和

< file name="ddd.txt"/> 

這里可以認為ArrayBuffer是列表一樣的東西。進一步調用子元素的child方法則可以得到再下一層的元素。調用。< dir name="com">標簽對象的child方法將返回緊鄰該標簽的子元素（目錄標記）。

僅使用這個方法該如何寫取得文件名的程序呢？如果是面向對象方式，則可以首先定義Dir類和File類，然后定義Dir和File類的抽象父類Node，然后沿著樹結構定義showFiles方法，然后遞歸調用該方法來取得文件名。也就是所謂的組合模式（圖１）。

Scala講座 圖1：組合模式

如果放棄面向對象而考慮純粹的命令式方法的話就會很頭疼了。因為只用for語句的話，對于每一個Dir都要用一個for循環，層次一多將會將會變得很復雜，這里省略了命令式方法的實現。

接下來用函數式方法來考慮一下。函數式的情況下，因為考慮的是對于各個元素應用函數，先從***元素開始考慮應用什么函數。這個函數功能是“在某一時刻返回某一元素下的文件列表”。這樣就可以想到，那元素如果是file則可直接返回包含該file的列表，如果是Dir的話則返回包含所有子文件的列表。先來看看該函數的實例。

def fileFinder(node:scala.xml.Node):List[scala.xml.Node] = node.label match {  
case "xml" => node.child.toList.flatMap(fileFinder)  
case "dir" => node.child.toList.flatMap(fileFinder)  
case "file" => List(node)  
case _ => List()  
} 

其中toList()方法為將類列表對象(ArrayBuffer)轉換為列表對象。剛才用的是類似于ArrayBuffer類的對象，這里將其轉換為標準列表后再操作，而node.label則返回XML標記的名稱。

這里開始是正題了，除了file和無匹配處理（case _ => List（））部分，xml和dir處理部分是問題的關鍵，也就是node.child.toList.flatMap(fileFinder)部分。如果這里關注的是Node對象，那處理過程因該是這樣的，首先用child方法取出Node的所有子元素，然后用前面說明過的類似于map的函數對每一個子元素應用fileFinder方法并遞歸重復這一過程。那為什么這樣編碼之后就能得到Node下的所有file元素了呢？

那么flatMap原本的功能又是什么呢？讓我們將其轉換成map函數，然后看一下執行過程。將XML的結構簡單化之后將如下所示

< xml> ←這里  
< dir> 
< dir> 
< file name="aaa.txt"/> 
< file name="bbb.txt"/> 
< /dir> 
< file name="ccc.txt"/> 
< /dir> 
< file name="ddd.txt"/> 
< /xml> 

假如現在的要素位置是xml標記，將其子元素轉換成列表后對其各個項目應用函數。

List(fileFinder(< dir>～< /dir>), fileFinder(< file …/>)) 

file的話保持原樣，如果是dir則對其子元素應用函數。

List(List(fileFinder(< dir>～< /dir>),fileFinder(< file name="ccc.txt"/>)),List(< file name="ddd.txt">)) 

接著對于***個Node元素應用函數。

List(List(List(< file name="aaa.txt"/>,< file name="bbb.txt"/>), List(< file name="ccc.txt"/>)), List(< file name="ddd.txt">)) 

理解上述工作過程是比較困難的，重要的是在我的腦中考慮的并不是這樣復雜的邏輯，而僅僅是實現“從一個Node元素中取出file列表”的函數的邏輯。這需要一定程度的思路切換，考慮用命令式方法來實現時實際上花了我2-3小時，而想到這個函數式方法后不到10分鐘就想通了。

感覺上好像已經完成了，但是這還不夠。剛才用map來假想的過程完成后，得到的是List里面還有List的一個復合結構，光這樣還不能被使用。那么，flatMap函數就出場了。這個函數在Scala的機制上具有同map函數同等的重要層度，將map和flatMap說成Scala函數機制的核心都不為過分。

“flatMap “函數對每一個元素應用函數參數之后將其結果以列表形式返回，這時返回結果是列表類型是關鍵。接著看一下簡單的例子吧

首先是map函數的例子。對于內容為“1，2，3，4，5 “的列表，應用x*2函數。

scala> List(1,2,3,4,5)  
res134: List[Int] = List(1, 2, 3, 4, 5)  
scala> res134.map(x => x * 2)  
res135: List[Int] = List(2, 4, 6, 8, 10)  

結果是List(2, 4, 6, 8, 10)，即將每一個元素乘以2。題外話，還有一個叫做filter的函數，他返回過濾結果。

scala> res134.filter(x => x != 3)  
res136: List[Int] = List(1, 2, 4, 5)這里是返回3以外的元素。那么，接下來對于List(1, 2, 3, 4, 5)應用如下函數。  
x => x match {  
case 3 => List(3.1, 3.2, 3.3)  
case _ => List(x * 2)  
} 

也就是，3以外的情況下使元素值翻倍，3的時候將元素分割為“3.1, 3.2, 3.3“。因此，表面上對于List(1,2,3,4,5)適用該函數后希望返回的是List(1, 2, 3.1, 3.2, 3.3, 4, 5)，但用了map函數后實際上不是。

scala> res134.map(x => x match {  
| case 3 => List(3.1, 3.2, 3.3)  
| case _ => x * 2 
| })  
res138: List[Any] = List(2, 4, List(3.1, 3.2, 3.3), 8, 10) 

結果中的確包含了3.1, 3.2, 3.3，但是以List中包含List為形式的。這樣只完成了一半，同前面的XML處理一樣現象。那么，使用一下flatMap函數吧。

scala> res134.flatMap(x => x match {  
| case 3 => List(3.1, 3.2, 3.3)  
| case _ => List(x * 2)  
| })  
res139: List[AnyVal] = List(2, 4, 3.1, 3.2, 3.3, 8, 10) 

噢！就是想要的結果。不僅包含了希望的元素，還將所有元素平攤成了一個列表。

Scala講座 圖2：組合模式flatMap函數概念圖

回到XML的例子中，正因為用flatMap函數代替了map函數，所以對于< xml>和< dir>部分來說，原本在遞歸調用中返回的是List，但是flatMap函數將其互相合并，攤平為單一列表了。

scala> def fileFinder(node:scala.xml.Node):List[scala.xml.Node] = node.label match {  
case "xml" => node.child.toList.flatMap(fileFinder)  
case "dir" => node.child.toList.flatMap(fileFinder)  
case "file" => List(node)  
case _ => List()}  
fileFinder: (scala.xml.Node)List[scala.xml.Node]  
scala> fileFinder(xml).foreach(x => println("file:" + x.attribute("name").getOrElse("")))  
file:aaa.txt  
file:bbb.txt  
file:ccc.txt  
file:ddd.txt 

正如所愿的結果就一下子得到了，函數式編程真是恐怖呀！這次學的map和flatMap函數在Scala中有非常重要的意義。這可以說是函數式編程的一個高潮，理解了這個之后領悟的大門就可以說向你敞開了。這實際上還與單子（monado）這一思考方法有關，理解了map和flatMap函數之后可以說是踏出了完全掌握該思考方法的一大步。關于“單子”在本連載中還會著重說明。

【編輯推薦】

1. 萬物皆對象：介紹Scala對象
2. Scala的泛型：***大的特性
3. Scala的Trait：可以包含代碼的接口
4. Scala的模式匹配和條件類
5. Scala類：復數類，無參方法，繼承和覆蓋