函數(shù)式編程

王晗發(fā)布于2019-08-21 17:53 / 2192人閱讀

摘要：函數(shù)式編程是聲明式而不是命令式，并且應(yīng)用程序狀態(tài)通過純函數(shù)流轉(zhuǎn)。與面向?qū)ο缶幊滩煌瘮?shù)式編程避免共享狀態(tài)，它依賴于不可變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和純粹的計算過程來從已存在的數(shù)據(jù)中派生出新的數(shù)據(jù)。而函數(shù)式編程傾向于復(fù)用一組通用的函數(shù)功能來處理數(shù)據(jù)。

面向?qū)ο缶幊毯兔嫦蜻^程編程都是編程范式，函數(shù)式編程也是一種編程范式，意味著它們都是軟件構(gòu)建的思維方式。與命令式或面向?qū)ο蟠a相比，函數(shù)式代碼傾向于更簡潔、更可預(yù)測以及更易于測試。

什么是函數(shù)式編程（通常簡稱為 FP）

是指通過復(fù)合純函數(shù)來構(gòu)建軟件的過程，它避免了共享的狀態(tài)、易變的數(shù)據(jù)、以及副作用。函數(shù)式編程是聲明式而不是命令式，并且應(yīng)用程序狀態(tài)通過純函數(shù)流轉(zhuǎn)。

理解函數(shù)式編程中核心概念

純函數(shù)（Pure functions）

函數(shù)復(fù)合（Function composition）

避免共享狀態(tài)（Avoid shared state）

避免改變狀態(tài)（Avoid mutating state）

避免副作用（Avoid side effects）

聲明式與命令式（Declarative and Imperative）

純函數(shù)

純函數(shù)是滿足如下條件的函數(shù)：

相同輸入總是會返回相同的輸出

不產(chǎn)生副作用

不依賴于外部狀態(tài)

JS中純函數(shù)的例子：

String.prototype.toUpperCase  
Array.prototype.map
Function.prototype.bind

JS中非純函數(shù)的例子：

Date.now
Math.random
Array.prototype.sort
document.body.appendChild

純函數(shù)的好處：

易于測試（上下文無關(guān)）

可并行計算（時序無關(guān)）

bug 自限性（問題不會擴(kuò)散）

函數(shù)復(fù)合

函數(shù)復(fù)合是結(jié)合兩個或多個函數(shù)，從而產(chǎn)生一個新函數(shù)或進(jìn)行某些計算的過程。

在 JavaScript 中相當(dāng)于執(zhí)行 f(g(x))。

共享狀態(tài)

共享狀態(tài) 的意思是：任意變量、對象或者內(nèi)存空間存在于共享作用域（包括全局作用域和閉包作用域）下，或者作為對象的屬性在各個作用域之間被傳遞。

通常，在面向?qū)ο缶幊讨校瑢ο笠蕴砑訉傩缘狡渌麑ο笊系姆绞皆谧饔糜蛑g共享。與面向?qū)ο缶幊滩煌瘮?shù)式編程避免共享狀態(tài)，它依賴于不可變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和純粹的計算過程來從已存在的數(shù)據(jù)中派生出新的數(shù)據(jù)。
共享狀態(tài)的一個常見問題是改變函數(shù)調(diào)用次序函數(shù)調(diào)用的次序可能會改變函數(shù)調(diào)用的結(jié)果，進(jìn)而可能導(dǎo)致一連串的錯誤：

const x = {
  val: 2
};
const x1 = () => x.val += 1;
const x2 = () => x.val *= 2;
x1(); // -> 3
x2(); // -> 6

下面的例子與上面的相同，除了函數(shù)調(diào)用的次序不同：

const x = {
  val: 2
};
const x1 = () => x.val += 1;
const x2 = () => x.val *= 2;
x2(); // -> 4
x1(); // -> 5

如果避免共享狀態(tài)，就不會改變函數(shù)內(nèi)容，或者改變函數(shù)調(diào)用的時序不會波及和破壞程序的其他部分：

const x = {
  val: 2
};
const x1 = x => Object.assign({}, x, { val: x.val + 1});
const x2 = x => Object.assign({}, x, { val: x.val * 2});

x1(x); // -> 3
x2(x); // -> 4

/**
x2(x); // -> 4
x1(x); // -> 3
*/

不修改狀態(tài)

在其他類型的語言中，變量往往用來保存"狀態(tài)"。而函數(shù)式編程只是返回新的值，不修改系統(tǒng)變量，即是無破壞性的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

副作用

副作用是指除了函數(shù)返回值以外，任何在函數(shù)調(diào)用之外觀察到的應(yīng)用程序狀態(tài)改變。

副作用包括：

改變了任何外部變量或?qū)ο髮傩?/p>

寫文件

發(fā)網(wǎng)絡(luò)請求

在屏幕輸出

調(diào)用另一個有副作用的函數(shù)

在函數(shù)式編程中，副作用被盡可能避免。

聲明式與命令式

命令式：程序花費(fèi)大量代碼來描述用來達(dá)成期望結(jié)果的特定步驟，即"How to do"

聲明式：程序抽象了控制流過程，花費(fèi)大量代碼描述的是數(shù)據(jù)流，即"What to do"

函數(shù)式編程是一個聲明式范式，意思是說程序邏輯不需要通過明確描述控制流程來表達(dá)。
命令式：

let list = [1, 2, 3, 4];
let map1 = [];
for (let i = 0; i < list.length; i++) {
  map1.push(list[i] * 2);
}

聲明式：

let list = [1, 2, 3, 4];
let map2 = list.map(x => 2 * x);

再來看聲明式例子中引出的兩個重要概念：

在講容器前不得不提什么是范疇：

彼此之間存在某種關(guān)系的概念、事物、對象等等，都構(gòu)成"范疇"。

范疇的數(shù)學(xué)模型簡單理解就是："集合 + 函數(shù)"。

容器（Container）：可以把"范疇"想象成是一個容器，里面包含：值和值的變形（函數(shù)）

函子（Functor）：是一個有接口的容器，能夠遍歷其中的值。能夠?qū)⑷萜骼锩娴拿恳粋€值，映射到另一個容器。

函數(shù)式編程的應(yīng)用

在函數(shù)式編程中，通常使用functors以及使用高階函數(shù)抽象來創(chuàng)建通用功能函數(shù)，以處理任意數(shù)值或不同類型的數(shù)據(jù)。

高階函數(shù)

高階函數(shù)指的是一個函數(shù)以函數(shù)為參數(shù)，或以函數(shù)為返回值，或者既以函數(shù)為參數(shù)又以函數(shù)為返回值。

高階函數(shù)常用于：

部分應(yīng)用于函數(shù)參數(shù)（偏函數(shù)應(yīng)用）或創(chuàng)建一個柯里化的函數(shù)，用于復(fù)用或函數(shù)復(fù)合。

接受一個函數(shù)列表并返回一些由這個列表中的函數(shù)組成的復(fù)合函數(shù)。

面向?qū)ο缶幊虄A向于把方法和數(shù)據(jù)集中到對象上。那些被集中的方法通常只能用來操作包含在特定對象實(shí)例上的數(shù)據(jù)。而函數(shù)式編程傾向于復(fù)用一組通用的函數(shù)功能來處理數(shù)據(jù)。

偏函數(shù)

通過指定部分參數(shù)來產(chǎn)生一個新定制函數(shù)的形式就是偏函數(shù)。

const isType = function (type) {
  return function (obj) {
    return toString.call(obj) == "[object" + type + "]";
  };
};

const isString = isType("string");
const isFunction = isType("function");

柯里化

柯里化是將一個多參數(shù)函數(shù)轉(zhuǎn)換成多個單參數(shù)函數(shù)。

// 柯里化之前
function add(x, y) {
  return x + y;
}

add(1, 2) // 3

// 柯里化之后
function addX(y) {
  return function (x) {
    return x + y;
  };
}

addX(2)(1) // 3

函數(shù)的復(fù)合

如果一個值要經(jīng)過多個函數(shù)，才能變成另外一個值，就可以把所有中間步驟合并成一個函數(shù)，這叫做"函數(shù)的復(fù)合"。

一個簡單的函數(shù)的復(fù)合例子：

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

實(shí)現(xiàn)一個高階函數(shù)用來減少非純函數(shù)：

function batch (fn) {
  return function (target, ...args) {
    if (target.length >= 0) {
      return Array.from(target).map(item => fn.apply(this, [item, ...args]));
    } else {
      return fn.apply(this, [target, ...args]);
    }
  }
}

例如：兩個非純函數(shù) -> batch(fn) -> 一個非純函數(shù)

結(jié)論

函數(shù)式編程偏好：

使用表達(dá)式替代語句

讓可變數(shù)據(jù)成為不可變的

用函數(shù)復(fù)合替代命令控制流

使用聲明式而不是命令式代碼

使用純函數(shù)而不是使用共享狀態(tài)和副作用

使用容器與高階函數(shù)替代多態(tài)

使用高階函數(shù)來操作許多數(shù)據(jù)類型，創(chuàng)建通用、可復(fù)用功能取代只是操作集中的數(shù)據(jù)的方法