JavaScript函數式編程(一)

hedzr 發布于2019-08-21 14:42 / 720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。

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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。

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，因為他沒有副作用（side_effect）對于固定的輸入總是有固定的輸出，也就是說輸入一樣，那么輸出一定會一樣
arr.slice(0, 3);
// => [1, 2, 3]
arr.slice(0, 3);
// => [1, 2, 3]
// 兩次的輸出結果都一樣

// Arrary。splice()就不是純函數
arr.splice(0, 3)
// => [1, 2, 3]
arr.splice(0, 3)
// => [4, 5]
arr.splice(0, 3)
// => []
// 這里的原因就是因為slice不會去更改原數組，然而splice會更改原數組
// 如果有什么不明白的請自行查看slice & splice的API

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：

// 不純的函數
const min = 18;
const checkage = age => age > min;
// 純的函數
const 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";
const sin = _.memrorize(x => Math.sin(x));
// lodash是一個js庫
// 第一次計算會需要一些時間
const a = sin(1);
// 第二次計算的時候會由于有緩存，速度很快
const b = sin(1);

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：

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

// ES6的寫法
const add = x => y => x + y;

// 之后就是柯里化
const add2 = add(2);
const 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：

const checkage = min => age => age > min;
const 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";
// 首先柯里化兩個函數
// 這里使用的match函數和filter函數都是JS原生的
// 然后利用這兩個原生的函數我們創建了屬于我們自己的
// match函數和filter函數
const match = curry((reg, str) => str.match(reg));
const filter = cutty((func, arr) => arr.filter(func));

// 判斷字符串里面是否含有空格
const hasSpace = match(/s+/g);
hasSpace("ffff");
// => null
hasSpace("a b");
// => [" "]
filter(hasSpace, ["asdadads", "hello world"]);
// => ["hello world"]

函數組合

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
const compose = function(f, g) {
    return function(x) {
        return f(g(x));
    };
};

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

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

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

當然需要注意的是函數組合的運行順序是從右至左，右邊的函數在最里面

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：

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

const last = compose(first, reverse);

last([1,2,3,4,5]);
// =>5
// reverse()函數是一個不純的函數，會改變原有的數組
const a = ["one", "two", "three"];
const reversed = a.reverse();

console.log(a);        // ["three", "two", "one"]
console.log(reversed); // ["three", "two", "one"]

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：

const map = (f, arr) => arr.map(f);

const toUpperCase = word => word.toUpperCase();

這種做法是有原因的。

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

const 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

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

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
let CEOs = [];
for(let i = 0; i < companies.length; i++){
    CEOs.push(companies[i].CEO)
}

//聲明式
const 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。

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