JavaScript函數式編程（一）

Shihira 發布于2019-08-21 10:55 / 3464人閱讀

摘要：所以下面介紹一些函數式編程的知識和概念。函數式編程的一個明顯的好處就是這種聲明式的代碼，對于無副作用的純函數，我們完全可以不考慮函數內部是如何實現的，專注于編寫業務代碼。我會在下一篇文章中介紹函數式編程的更加高階一些的知識，例如等等概念。

一、引言

說到函數式編程，大家可能第一印象都是學院派的那些晦澀難懂的代碼，充滿了一大堆抽象的不知所云的符號，似乎只有大學里的計算機教授才會使用這些東西。在曾經的某個時代可能確實如此，但是近年來隨著技術的發展，函數式編程已經在實際生產中發揮巨大的作用了，越來越多的語言開始加入閉包，匿名函數等非常典型的函數式編程的特性，從某種程度上來講，函數式編程正在逐步“同化”命令式編程。

JavaScript 作為一種典型的多范式編程語言，這兩年隨著React的火熱，函數式編程的概念也開始流行起來，RxJS、cycleJS、lodashJS、underscoreJS等多種開源庫都使用了函數式的特性。所以下面介紹一些函數式編程的知識和概念。

二、純函數

如果你還記得一些初中的數學知識的話，函數 f 的概念就是，對于輸入 x 產生一個輸出 y = f(x)。這便是一種最簡單的純函數。純函數的定義是，對于相同的輸入，永遠會得到相同的輸出，而且沒有任何可觀察的副作用，也不依賴外部環境的狀態。

下面來舉個栗子，比如在Javascript中對于數組的操作，有些是純的，有些就不是純的：

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

// Array.slice是純函數，因為它沒有副作用，對于固定的輸入，輸出總是固定的
// 可以，這很函數式
xs.slice(0,3);
//=> [1,2,3]
xs.slice(0,3);
//=> [1,2,3]


// Array.splice是不純的，它有副作用，對于固定的輸入，輸出不是固定的
// 這不函數式
xs.splice(0,3);
//=> [1,2,3]
xs.splice(0,3);
//=> [4,5]
xs.splice(0,3);
//=> []

在函數式編程中，我們想要的是 slice 這樣的純函數，而不是 splice這種每次調用后都會把數據弄得一團亂的函數。

為什么函數式編程會排斥不純的函數呢？下面再看一個例子：

//不純的
var min = 18;
var checkage = age => age > min;

//純的，這很函數式
var checkage = age => age > 18;

在不純的版本中，checkage 這個函數的行為不僅取決于輸入的參數 age，還取決于一個外部的變量 min，換句話說，這個函數的行為需要由外部的系統環境決定。對于大型系統來說，這種對于外部狀態的依賴是造成系統復雜性大大提高的主要原因。

可以注意到，純的 checkage 把關鍵數字 18 硬編碼在函數內部，擴展性比較差，我們可以在后面的柯里化中看到如何用優雅的函數式解決這種問題。

純函數不僅可以有效降低系統的復雜度，還有很多很棒的特性，比如可緩存性：

import _ from "lodash";

var sin = _.memorize(x => Math.sin(x));
//第一次計算的時候會稍慢一點
var a = sin(1);
//第二次有了緩存，速度極快
var b = sin(1);

三、函數的柯里化

函數柯里化（curry）的定義很簡單：傳遞給函數一部分參數來調用它，讓它返回一個函數去處理剩下的參數。

比如對于加法函數 var add = (x, y) =>　x + y ，我們可以這樣進行柯里化：

//比較容易讀懂的ES5寫法
var add = function(x){
    return function(y){
        return x + y
    }
}

//ES6寫法，也是比較正統的函數式寫法
var add = x => (y => x + y);

//試試看
var add2 = add(2);
var add200 = add(200);

add2(2); // =>4
add200(50); // =>250

對于加法這種極其簡單的函數來說，柯里化并沒有什么大用處。

還記得上面那個checkage的函數嗎？我們可以這樣柯里化它：

var checkage = min => (age => age > min);
var checkage18 = checkage(18);

checkage18(20);
// =>true

事實上柯里化是一種“預加載”函數的方法，通過傳遞較少的參數，得到一個已經記住了這些參數的新函數，某種意義上講，這是一種對參數的“緩存”，是一種非常高效的編寫函數的方法：

import { curry } from "lodash";

//首先柯里化兩個純函數
var match = curry((reg, str) => str.match(reg));
var filter = curry((f, arr) => arr.filter(f));

//判斷字符串里有沒有空格
var haveSpace = match(/s+/g);

haveSpace("ffffffff");
//=>null
haveSpace("a b");
//=>[" "]

filter(haveSpace, ["abcdefg", "Hello World"]);
//=>["Hello world"]

四、函數組合

學會了使用純函數以及如何把它柯里化之后，我們會很容易寫出這樣的“包菜式”代碼：

h(g(f(x)));

雖然這也是函數式的代碼，但它依然存在某種意義上的“不優雅”。為了解決函數嵌套的問題，我們需要用到“函數組合”：

//兩個函數的組合
var compose = function(f, g) {
    return function(x) {
        return f(g(x));
    };
};

//或者
var compose = (f, g) => (x => f(g(x)));

var add1 = x => x + 1;
var mul5 = x => x * 5;

compose(mul5, add1)(2);
// =>15

我們定義的compose就像雙面膠一樣，可以把任何兩個純函數結合到一起。當然你也可以擴展出組合三個函數的“三面膠”，甚至“四面膠”“N面膠”。

這種靈活的組合可以讓我們像拼積木一樣來組合函數式的代碼：

var first = arr => arr[0];
var reverse = arr => arr.reverse();

var last = compose(first, reverse);

last([1,2,3,4,5]);
// =>5

五、Point Free

有了柯里化和函數組合的基礎知識，下面介紹一下Point Free這種代碼風格。

細心的話你可能會注意到，之前的代碼中我們總是喜歡把一些對象自帶的方法轉化成純函數：

var map = (f, arr) => arr.map(f);
var toUpperCase = word => word.toUpperCase();

這種做法是有原因的。

Point Free這種模式現在還暫且沒有中文的翻譯，有興趣的話可以看看這里的英文解釋：
https://en.wikipedia.org/wiki...

用中文解釋的話大概就是，不要命名轉瞬即逝的中間變量，比如：

//這不Piont free
var f = str => str.toUpperCase().split(" ");

這個函數中，我們使用了 str 作為我們的中間變量，但這個中間變量除了讓代碼變得長了一點以外是毫無意義的。下面改造一下這段代碼：

var toUpperCase = word => word.toUpperCase();
var split = x => (str => str.split(x));

var f = compose(split(" "), toUpperCase);

f("abcd efgh");
// =>["ABCD", "EFGH"]

這種風格能夠幫助我們減少不必要的命名，讓代碼保持簡潔和通用。當然，為了在一些函數中寫出Point Free的風格，在代碼的其它地方必然是不那么Point Free的，這個地方需要自己取舍。

六、聲明式與命令式代碼

命令式代碼的意思就是，我們通過編寫一條又一條指令去讓計算機執行一些動作，這其中一般都會涉及到很多繁雜的細節。

而聲明式就要優雅很多了，我們通過寫表達式的方式來聲明我們想干什么，而不是通過一步一步的指示。

//命令式
var CEOs = [];
for(var i = 0; i < companies.length; i++){
    CEOs.push(companies[i].CEO)
}

//聲明式
var CEOs = companies.map(c => c.CEO);

命令式的寫法要先實例化一個數組，然后再對 companies 數組進行for循環遍歷，手動命名、判斷、增加計數器，就好像你開了一輛零件全部暴露在外的汽車一樣，雖然很機械朋克風，但這并不是優雅的程序員應該做的。

聲明式的寫法是一個表達式，如何進行計數器迭代，返回的數組如何收集，這些細節都隱藏了起來。它指明的是做什么，而不是怎么做。除了更加清晰和簡潔之外，map 函數還可以進一步獨立優化，甚至用解釋器內置的速度極快的 map 函數，這么一來我們主要的業務代碼就無須改動了。

函數式編程的一個明顯的好處就是這種聲明式的代碼，對于無副作用的純函數，我們完全可以不考慮函數內部是如何實現的，專注于編寫業務代碼。優化代碼時，目光只需要集中在這些穩定堅固的函數內部即可。

相反，不純的不函數式的代碼會產生副作用或者依賴外部系統環境，使用它們的時候總是要考慮這些不干凈的副作用。在復雜的系統中，這對于程序員的心智來說是極大的負擔。

七、尾聲

任何代碼都是要有實際用處才有意義，對于JS來說也是如此。然而現實的編程世界顯然不如范例中的函數式世界那么美好，實際應用中的JS是要接觸到ajax、DOM操作，NodeJS環境中讀寫文件、網絡操作這些對于外部環境強依賴，有明顯副作用的“很臟”的工作。

這對于函數式編程來說也是很大的挑戰，所以我們也需要更強大的技術去解決這些“臟問題”。我會在下一篇文章中介紹函數式編程的更加高階一些的知識，例如Functor、Monad等等概念。

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