JavaScript函數式程式設計（一）

一、引言

說到函數式編程，大家可能第一印像都是學院派的那些晦澀難懂的程式碼，充滿了一大堆抽象的不知所雲的符號，似乎只有大學裡的電腦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，函數式程式設計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程式設計的特性，從某種程度上來講，函數式程式設計正在逐步「同化」命令式程式設計。

JavaScript 作為一種典型的多範式程式語言，這兩年隨著React的火熱，函數式程式設計的概念也開始流行起來，RxJS、cycleJS、lodashJS、underscoreJS等多種開源程式庫都使用了函數式的特性。所以下面介紹一些函數式程式設計的知識和概念。

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，對於輸入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，對於相同的輸入，永遠會得到相同的輸出，而且沒有任何可觀察的副作用，也不依賴外在環境的狀態。

下面來舉個栗子，例如在Javascript中對於陣列的操作，有些是純的，有些就不是純的：

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

// Array.slice是纯函数，因为它没有副作用，对于固定的输入，输出总是固定的
// 可以，这很函数式
xs.slice(0,3);
//=> [1,2,3]
xs.slice(0,3);
//=> [1,2,3]

// Array.splice是不纯的，它有副作用，对于固定的输入，输出不是固定的
// 这不函数式
xs.splice(0,3);
//=> [1,2,3]
xs.splice(0,3);
//=> [4,5]
xs.splice(0,3);
//=> []

在函數式程式設計中，我們想要的是 slice 這樣的純函數，而不是 splice這種每次呼叫後都會把資料弄得一團亂的函數。

為什麼函數式程式設計會排斥不純的函數呢？下面再看一個例子：

//不纯的
var min = 18;
var checkage = age => age > min;

//纯的，这很函数式
var checkage = age => age > 18;

在不純的版本中，checkage 這個函數的行為不僅取決於輸入的參數age，還取決於一個外部的變數min，換句話說，這個函數的行為需要由外在的系統環境決定。對於大型系統來說，這種對外部狀態的依賴是造成系統複雜性大幅提升的主要原因。

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，我們可以在後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複雜度，還有很多很棒的特性，例如可緩存性：

import _ from 'lodash';
var sin = _.memorize(x => Math.sin(x));

//第一次计算的时候会稍慢一点
var a = sin(1);

//第二次有了缓存，速度极快
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呼叫它，讓它回傳一個函數去處理剩下的參數。

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

//比较容易读懂的ES5写法
var add = function(x){
    return function(y){
        return x + y
    }
}

//ES6写法，也是比较正统的函数式写法
var add = x => (y => x + y);

//试试看
var add2 = add(2);
var add200 = add(200);

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

對於加法這個極為簡單的函數來說，柯里化並沒有什麼大用處。

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「預先載入」函數的方法，透過傳遞較少的參數，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';

//首先柯里化两个纯函数
var match = curry((reg, str) => str.match(reg));
var filter = curry((f, arr) => arr.filter(f));

//判断字符串里有没有空格
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後，我們會很容易寫出這樣的「包菜式」程式碼：

#

h(g(f(x)));

雖然這也是函數式的程式碼，但它依然存在某種意義上的「不優雅」。為了解決函數巢狀的問題，我們需要用到「函數組合」：

//两个函数的组合
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在一起。當然你也可以擴展出組合三個函數的“三面膠”，甚至是“四面膠”“N面膠”。

這個靈活的組合可以讓我們像拼積木一樣來組合函數式的程式碼：

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，以下介紹一下Point Free這種程式碼風格。

細心的話你可能會注意到，之前的程式碼中我們總是喜歡把一些物件自帶的方法轉換成純函數：

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裡的英文解釋：

http://www.php.cn/

#用中文解釋的話大概就是，不要命名轉瞬即逝的中間變量，例如：

//这不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，但這個中間變數除了讓程式碼變得長了一點以外是毫無意義的。以下改造這段程式碼：

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，讓程式碼保持簡潔和通用。當然，為了在某些函數中寫出Point Free的風格，在程式碼的其它地方必然是不那麼Point Free的，這個地方需要自己取捨。

六、声明式与命令式代码

命令式代码的意思就是，我们通过编写一条又一条指令去让计算机执行一些动作，这其中一般都会涉及到很多繁杂的细节。

而声明式就要优雅很多了，我们通过写表达式的方式来声明我们想干什么，而不是通过一步一步的指示。

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

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

命令式的写法要先实例化一个数组，然后再对 companies 数组进行for循环遍历，手动命名、判断、增加计数器，就好像你开了一辆零件全部暴露在外的汽车一样，虽然很机械朋克风，但这并不是优雅的程序员应该做的。

声明式的写法是一个表达式，如何进行计数器迭代，返回的数组如何收集，这些细节都隐藏了起来。它指明的是做什么，而不是怎么做。除了更加清晰和简洁之外，map 函数还可以进一步独立优化，甚至用解释器内置的速度极快的 map 函数，这么一来我们主要的业务代码就无须改动了。

函数式编程的一个明显的好处就是这种声明式的代码，对于无副作用的纯函数，我们完全可以不考虑函数内部是如何实现的，专注于编写业务代码。优化代码时，目光只需要集中在这些稳定坚固的函数内部即可。

相反，不纯的不函数式的代码会产生副作用或者依赖外部系统环境，使用它们的时候总是要考虑这些不干净的副作用。在复杂的系统中，这对于程序员的心智来说是极大的负担。

七、尾声

任何代码都是要有实际用处才有意义，对于JS来说也是如此。然而现实的编程世界显然不如范例中的函数式世界那么美好，实际应用中的JS是要接触到ajax、DOM操作，NodeJS环境中读写文件、网络操作这些对于外部环境强依赖，有明显副作用的“很脏”的工作。

这对于函数式编程来说也是很大的挑战，所以我们也需要更强大的技术去解决这些“脏问题”。我会在下一篇文章中介绍函数式编程的更加高阶一些的知识，例如Functor、Monad等等概念。

以上就是JavaScript函数式编程（一）的内容，更多相关内容请关注PHP中文网（www.php.cn）！