函數式程式設計基礎

介紹

函數式程式設計（FP）不僅僅是一種程式設計範式；這是一種不同的思考程式碼的方式。 FP 植根於數學函數，強調表達式的求值而不是指令的執行。當我們深入了解 FP 的核心概念時，您將發現這種方法如何能夠產生更可預測、更可維護且通常更簡潔的程式碼。

函數式程式設計的核心概念

1. 純函數

函數式程式設計的核心在於純函數的概念。純函數是這樣的：

• 對於相同的輸入總是會傳回相同的輸出
• 無副作用

// Pure function
const add = (a, b) => a + b;

// Impure function (relies on external state)
let total = 0;
const addToTotal = (value) => {
  total += value;
  return total;
};

純函數是可預測的，並且更容易測試、調試和並行化。

2. 不變性

不變性是資料建立後不更改的做法。我們不是修改現有數據，而是創建具有所需更改的新數據結構。

// Mutable approach
const addItemToCart = (cart, item) => {
  cart.push(item);
  return cart;
};

// Immutable approach
const addItemToCart = (cart, item) => [...cart, item];

不變性有助於防止意外的副作用，並使追蹤應用程式中的變更變得更容易。

3. 一等函數與高階函數

在 FP 中，函數被視為一等公民，這意味著它們可以：

• 分配給變數
• 作為參數傳遞給其他函數
• 從函數回傳

對其他函數進行運算的函數稱為高階函數。

// Higher-order function
const withLogging = (fn) => {
  return (...args) => {
    console.log(`Calling function with args: ${args}`);
    return fn(...args);
  };
};

const add = (a, b) => a + b;
const loggedAdd = withLogging(add);

console.log(loggedAdd(2, 3)); // Logs: Calling function with args: 2,3
                              // Output: 5

這個概念允許強大的抽象和程式碼重複使用。

4. 函數組成

函數組合是將兩個或多個函數組合起來產生新函數的過程。這是 FP 中從簡單操作建立複雜操作的基本技術。

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

const addOne = (x) => x + 1;
const double = (x) => x * 2;

const addOneThenDouble = compose(double, addOne);

console.log(addOneThenDouble(3)); // Output: 8

5. 遞迴

雖然不是 FP 獨有的，但在函數式程式設計中，遞迴通常比迭代更受青睞。它可以為具有遞歸性質的問題帶來更優雅的解決方案。

const factorial = (n) => {
  if (n <= 1) return 1;
  return n * factorial(n - 1);
};

console.log(factorial(5)); // Output: 120

6. 聲明式與命令式

函數式程式設計偏向聲明式風格，專注於做什麼而不是如何做。

// Imperative
const doubleNumbers = (numbers) => {
  const doubled = [];
  for (let i = 0; i < numbers.length; i++) {
    doubled.push(numbers[i] * 2);
  }
  return doubled;
};

// Declarative
const doubleNumbers = (numbers) => numbers.map(n => n * 2);

聲明式方法通常更簡潔，更容易一目了然。

先進理念

7.柯里化

柯里化是將採用多個參數的函數轉換為一系列函數的技術，每個函數採用單一參數。

const curry = (fn) => {
  return function curried(...args) {
    if (args.length >= fn.length) {
      return fn.apply(this, args);
    } else {
      return function(...args2) {
        return curried.apply(this, args.concat(args2));
      }
    }
  };
};

const add = (a, b, c) => a + b + c;
const curriedAdd = curry(add);

console.log(curriedAdd(1)(2)(3)); // Output: 6
console.log(curriedAdd(1, 2)(3)); // Output: 6

柯里化可以帶來更靈活和可重複使用的函數定義。

8. 函子和 Monad

這些是 FP 中更高級的概念，通常用於處理副作用和順序計算。

• 函子是一種可以映射的型別。
• Monad 是定義如何將函數套用到它的型別。

// Simple Functor example (Array is a Functor)
const double = x => x * 2;
console.log([1, 2, 3].map(double)); // Output: [2, 4, 6]

// Simple Monad example (Promise is a Monad)
Promise.resolve(21)
  .then(double)
  .then(console.log); // Output: 42

結論

函數式程式設計提供了一套強大的工具和概念，用於編寫乾淨、可維護和健壯的程式碼。透過採用純函數、不變性和我們探索的其他核心原則，您可以建立更容易推理且不易出現錯誤的程式。

雖然可能需要一些時間來適應函數式思維，特別是如果您來自命令式背景，但程式碼品質和開發人員生產力方面的好處可能是巨大的。當您繼續函數式程式設計之旅時，請記住，這並不是要始終嚴格遵守每個原則，而是要理解這些概念並明智地應用它們來改進您的程式碼。

函數式程式設計快樂！

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