合理的使用純函數式編程

函數式程式設計能夠降低程式的複雜程度：函數看起來就像是一個數學公式。學習函數程式設計能夠幫助你寫簡單且更少bug的程式碼。

純函數

純函數可以理解為一種相同的輸入必定有相同的輸出的函數，沒有任何可以觀察到副作用

//pure
function add(a + b) {
  return a + b;
}

上面是一個純函數，它不依賴也不改變任何函數以外的變數狀態，對於相同的輸入總是能傳回相同的輸出。

//impure
var minimum = 21;
var checkAge = function(age) {
  return age >= minimum; // 如果minimum改变，函数结果也会改变
}

這個函數不是純函數，因為它依賴外部可變的狀態

如果我們將變數移到函數內部，那麼它就變成了純函數，這樣我們就能夠保證函數每次都能正確的比較年齡。

var checkAge = function(age) {
  var minimum = 21;
  return age >= minimum;
};

純函數沒有副作用，一些你要記住的是，它不會：

訪問函數以外的系統狀態

修改以參數形式傳遞過來的對象

發起http請求

保留用戶輸入

查詢DOM

控制增變（controlled mutation）

你需要留意一些會改變數組和對象的增變方法，舉例來說你要知道splice和slice之間的差異。

//impure, splice 改变了原数组
var firstThree = function(arr) {
  return arr.splice(0,3);
}

//pure, slice 返回了一个新数组
var firstThree = function(arr) {
  return arr.slice(0,3);
}

如果我們避免使用傳入函數的物件的增變方法，我們的程式將更容易理解，我們也有理由期望我們的函數不會改變任何函數之外的東西。

let items = ['a', 'b', 'c'];
let newItems = pure(items);
//对于纯函数items始终应该是['a', 'b', 'c']

純函數的優點

相比於不純的函數，純函數有以下優點：

更容易被測試，因為它們唯一的職責就是根據輸入計算輸出

結果可以被緩存，因為相同的輸入總是會獲得相同的輸出

自我文檔化，因為函數的依賴關係很清晰

更容易被調用，因為你不用擔心函數會有什麼副作用

因為純函數的結果可以被緩存，我們可以記住他們,這樣以來複雜昂貴的操作只需要在被調用時執行一次。例如，快取一個大的查詢索引的結果可以極大的改善程序的效能。

不合理的純函數程式設計

使用純函數能夠極大的降低程式的複雜度。但是，如果我們使用過多的函數式程式設計的抽象概念，我們的函數式程式設計也會非常難以理解。

import _ from 'ramda';
import $ from 'jquery';

var Impure = {
  getJSON: _.curry(function(callback, url) {
    $.getJSON(url, callback);
  }),

  setHtml: _.curry(function(sel, html) {
    $(sel).html(html);
  })
};

var img = function (url) {
  return $(&#39;<img  / alt="合理的使用純函數式編程" >&#39;, { src: url });
};

var url = function (t) {
  return &#39;http://api.flickr.com/services/feeds/photos_public.gne?tags=&#39; +
    t + &#39;&format=json&jsoncallback=?&#39;;
};

var mediaUrl = _.compose(_.prop(&#39;m&#39;), _.prop(&#39;media&#39;));
var mediaToImg = _.compose(img, mediaUrl);
var images = _.compose(_.map(mediaToImg), _.prop(&#39;items&#39;));
var renderImages = _.compose(Impure.setHtml("body"), images);
var app = _.compose(Impure.getJSON(renderImages), url);
app("cats");

花一分鐘理解上面的程式碼。

除非你接觸過函數式程式設計的這些概念（柯里化，組合和prop），否則很難理解上述程式碼。相較於純函數式的方法，下面的程式碼則更容易理解和修改，它更清晰的描述程式並且更少的程式碼。

app函數的參數是一個標籤字串

從Flickr獲取JSON資料

從返回的資料中抽出urls

創建節點數組

將他們插入文檔來更好的進行非同步操作。

var app = (tags) => {
  let url = `http://api.flickr.com/services/feeds/photos_public.gne?tags=${tags}&format=json&jsoncallback=?`;
  $.getJSON(url, (data) => {
    let urls = data.items.map((item) => item.media.m)
    let images = urls.map(url) => $(&#39;<img  / alt="合理的使用純函數式編程" >&#39;, {src:url}) );
    
    $(document.body).html(images);
  })
}
app("cats");

Ajax請求和DOM操作都不是純的，但是我們可以將餘下的操作組成純函數，將傳回的JSON資料轉換成圖片節點數組。

let flickr = (tags)=> {
  let url = `http://api.flickr.com/services/feeds/photos_public.gne?tags=${tags}&format=json&jsoncallback=?`
  
  return fetch(url)
    .then((resp)=> resp.json())
    .then((data)=> {
      let urls = data.items.map((item)=> item.media.m )
      let images = urls.map((url)=> $(&#39;<img  / alt="合理的使用純函數式編程" >&#39;, { src: url }) )

      return images
  })
}
flickr("cats").then((images)=> {
  $(document.body).html(images)
})

我們的函數做了2件事：

將傳回的資料轉換成urls

🎜將urls轉換成圖片節點🎜🎜函數式的方法是將上述2個任務拆開，然後使用compose將一個函數的結果作為參數傳給另一個參數。 🎜

let responseToImages = (resp) => {
  let urls = resp.items.map((item) => item.media.m)
  let images = urls.map((url) => $(&#39;<img  / alt="合理的使用純函數式編程" >&#39;, {src:url}))
  
  return images
}

🎜compose 傳回一系列函數的組合，每個函數都會將後一個函數的結果作為自己的入參🎜🎜這裡compose做的事情，就是將urls的結果傳入images函數🎜

let urls = (data) => {
  return data.items.map((item) => item.media.m)
}
let images = (urls) => {
  return urls.map((url) => $(&#39;<img  / alt="合理的使用純函數式編程" >&#39;, {src: url}))
}
let responseToImages = _.compose(images, urls)

🎜透過將程式碼變成純函數，讓我們在以後有機會重複使用他們，他們更容易被測試和自我文件化。不好的是當我們過度的使用這些函數抽象（像第一個例子）， 就會使事情變得複雜，這不是我們想要的。當我們重構程式碼的時候最重要的是要問自己：🎜🎜這是否讓程式碼更容易閱讀和理解？ 🎜

基本功能函数

我并不是要诋毁函数式编程。每个程序员都应该齐心协力去学习基础函数，这些函数让你在编程过程中使用一些抽象出的一般模式，写出更加简洁明了的代码，或者像Marijn Haverbeke说的

一个程序员能够用常规的基础函数武装自己，更重要的是知道如何使用它们，要比那些苦思冥想的人高效的多。--Eloquent JavaScript, Marijn Haverbeke

这里列出了一些JavaScript开发者应该掌握的基础函数
Arrays
-forEach
-map
-filter
-reduce

Functions
-debounce
-compose
-partial
-curry

Less is More

让我们来通过实践看一下函数式编程能如何改善下面的代码

let items = ['a', 'b', 'c'];
let upperCaseItems = () => {
  let arr = [];
  for (let i=0, ii= items.length; i<ii; i++) {
    let item = items[i];
    arr.push(item.toUpperCase());
  }
  items = arr;
}

共享状态来简化函数

这看起来很明显且微不足道，但是我还是让函数访问和修改了外部的状态，这让函数难以测试且容易出错。

//pure
let upperCaseItems = (items) => {
  let arr = [];
  for (let i =0, ii= items.length; i< ii; i++) {
    let item = items[i];
    arr.push(item.toUpperCase());
  }
  return arr;
}

使用更加可读的语言抽象forEach来迭代

let upperCaseItems = (items) => {
  let arr = [];
  items.forEach((item) => {
    arr.push(item.toUpperCase());
  })
  return arr;
}

使用map进一步简化代码

let upperCaseItems = (items) => {
  return items.map((item) => item.toUpperCase())
}

进一步简化代码

let upperCase = (item) => item.toUpperCase()
let upperCaseItems = (item) => items.map(upperCase)

删除代码直到它不能工作

我们不需要为这种简单的任务编写函数，语言本身就提供了足够的抽象来完成功能

let items = ['a', 'b', 'c']
let upperCaseItems = item.map((item) => item.toUpperCase())

测试

纯函数的一个关键优点是易于测试，所以在这一节我会为我们之前的Flicker模块编写测试。

我们会使用Mocha来运行测试，使用Babel来编译ES6代码。

mkdir test-harness
cd test-harness
npm init -y
npm install mocha babel-register babel-preset-es2015 --save-dev
echo '{ "presets": ["es2015"] }' > .babelrc
mkdir test
touch test/example.js

Mocha提供了一些好用的函数如describe和it来拆分测试和钩子(例如before和after这种用来组装和拆分任务的钩子)。assert是用来进行相等测试的断言库，assert和assert.deepEqual是很有用且值得注意的函数。

让我们来编写第一个测试test/example.js

import assert from 'assert';

describe('Math', () => {
  describe('.floor', () => {
    it('rounds down to the nearest whole number', () => {
      let value = Math.floor(4.24)
      assert(value === 4)
    })
  })
})

打开package.json文件，将"test"脚本修改如下

mocha --compilers js:babel-register --recursive

然后你就可以在命令行运行npm test

Math
  .floor
    ✓ rounds down to the nearest whole number
1 passing (32ms)

Note:如果你想让mocha监视改变，并且自动运行测试，可以在上述命令后面加上-w选项。

mocha --compilers js:babel-register --recursive -w

测试我们的Flicker模块

我们的模块文件是lib/flickr.js

import $ from 'jquery';
import { compose } from 'underscore';

let urls = (data) => {
  return data.items.map((item) => item.media.m)
}

let images = (urls) => {
  return urls.map((url) => $(&#39;<img  / alt="合理的使用純函數式編程" >&#39;, {src: url})[0] )
}

let responseToImages = compose(images, urls)

let flickr = (tags) => {
  let url = `http://api.flickr.com/services/feeds/photos_public.gne?tags=${tags}&format=json&jsoncallback=?`
  
  return fetch(url)
    .then((response) => reponse.json())
    .then(responseToImages)
}

export default {
  _responseToImages: responseToImages,
  flickr: flickr
}

我们的模块暴露了2个方法：一个公有flickr和一个私有函数_responseToImages,这样就可以独立的测试他们。

我们使用了一组依赖：jquery,underscore和polyfill函数fetch和Promise。为了测试他们，我们使用jsdom来模拟DOM对象window和document，使用sinon包来测试fetch api。

npm install jquery underscore whatwg-fetch es6-promise jsdom sinon --save-dev
touch test/_setup.js

打开test/_setup.js，使用全局对象来配置jsdom

global.document = require(&#39;jsdom&#39;).jsdom(&#39;<html></html>&#39;);
global.window = document.defaultView;
global.$ = require(&#39;jquery&#39;)(window);
global.fetch = require(&#39;whatwg-fetch&#39;).fetch;

我们的测试代码在test/flickr.js，我们将为函数的输出设置断言。我们"stub"或者覆盖全局的fetch方法，来阻断和模拟HTTP请求，这样我们就可以在不直接访问Flickr api的情况下运行我们的测试。

import assert from 'assert';
import Flickr from '../lib/flickr';
import sinon from 'sinon';
import { Promise } from 'es6-promise';
import { Response } from 'whatwg-fetch';

let sampleResponse = {
  items: [{
    media: { m: 'lolcat.jpg' }
  }, {
    media: {m: 'dancing_pug.gif'}
  }]
}

//实际项目中我们会将这个test helper移到一个模块里
let jsonResponse = (obj) => {
  let json = JSON.stringify(obj);
  var response = new Response(json, {
    status: 200,
    headers: {'Content-type': 'application/json'}
  });
  return Promise.resolve(response);
}


describe('Flickr', () => {
  describe('._responseToImages', () => {
    it("maps response JSON to a NodeList of <img  alt="合理的使用純函數式編程" >", () => {
      let images = Flickr._responseToImages(sampleResponse);
      
      assert(images.length === 2);
      assert(images[0].nodeName === &#39;IMG&#39;);
      assert(images[0].src === &#39;lolcat.jpg&#39;);
    })
  })
  
  describe(&#39;.flickr&#39;, () => {
    //截断fetch 请求，返回一个Promise对象
    before(() => {
      sinon.stub(global, &#39;fetch&#39;, (url) => {
        return jsonResponse(sampleResponse)
      })
    })
    
    after(() => {
      global.fetch.restore();
    })
    
    it("returns a Promise that resolve with a NodeList of <img  alt="合理的使用純函數式編程" >", (done) => {
      Flickr.flickr(&#39;cats&#39;).then((images) => {
        assert(images.length === 2);
        assert(images[1].nodeName === &#39;IMG&#39;);
        assert(images[1].src === &#39;dancing_pug.gif&#39;);
        done();
      })
    })
  })  
  
})

运行npm test，会得到如下结果：

Math
  .floor
    ✓ rounds down to the nearest whole number

Flickr
  ._responseToImages
    ✓ maps response JSON to a NodeList of <img  alt="合理的使用純函數式編程" >
  .flickr
    ✓ returns a Promise that resolves with a NodeList of <img  alt="合理的使用純函數式編程" >

3 passing (67ms)

到这里，我们已经成功的测试了我们的模块以及组成它的函数，学习到了纯函数以及如何使用函数组合。我们知道了纯函数与不纯函数的区别，知道纯函数更可读，由小函数组成，更容易测试。相比于不太合理的纯函数式编程，我们的代码更加可读、理解和修改，这也是我们重构代码的目的。