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JavaScript中函數式程式設計是什麼?函數式程式設計的介紹

不言
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2019-04-08 09:48:282627瀏覽

本篇文章帶給大家的內容是關於JavaScript中函數式程式設計是什麼?函數式程式設計的介紹,有一定的參考價值,有需要的朋友可以參考一下,希望對你有幫助。

是個程式設計師都知道函數,但有些人不一定清楚函數式程式設計的概念。

應用程式的迭代使程式變得越來越複雜,那麼程式設計師很有必要創造一個結構良好、可讀性好、重用性高和可維護性高的程式碼。

函數式程式設計就是一個好的程式碼方式,但這不代表函數式程式設計是必須的。你的專案沒用到函數式編程,不代表項目不好。

什麼是函數式程式設計(FP)?

函數式程式設計關心資料的映射,命令式程式設計關心解決問題的步驟。

函數式程式設計的對立面就是命令式程式設計

函數式程式設計語言中的變數也不是命令式程式設計語言中的變量,即儲存狀態的單元,而是代數中的變量,即一個值的名稱。變數的值是不可變的(immutable),也就是說不允許像命令式程式設計語言中那樣多次給一個變數賦值。

函數式程式設計只是一個概念(一致編碼方式),並沒有嚴格的定義。本人根據網路上的知識點,簡單的總結一下函數式程式設計的定義(本人總結,或許有人會不同意這個觀點)。

函數式程式設計就是純函數的應用,然後把不同的邏輯分離成許多獨立功能的純函數(模組化想法),然後再整合在一起,變成複雜的功能。

什麼是純函數?

一個函數如果輸入確定,那麼輸出結果是唯一確定的,並且沒有副作用,那麼它就是純函數。

一般符合上述的兩點就算純函數:

相同的輸入必定產生相同的輸出

在計算的過程中,不會產生副作用

那怎麼理解副作用呢?

簡單的說就是變數的值不可變,包括函數外部變數和函數內部變數。

所謂副作用,指的是函數內部與外部互動(最典型的情況,就是修改全域變數的值),產生運算以外的其他結果。

這裡說明一下不可變,不可變指的是我們不能改變原來的變數值。或原來變數值的改變,不能影響到回傳結果。不是變數值本來就是不可變。

純函數特性對比範例

上面的理論描述對於剛接觸這個概念的程式設計師,或許不好理解。下面會透過純函數的特點一一舉例說明。

輸入相同回傳值相同

純函數

function test(pi) {
  // 只要 pi 确定,返回结果就一定确定。
  return pi + 2;
}
test(3);

非純函數

function test(pi) {
  // 随机数返回值不确定
  return pi + Math.random();
}

test(3);

#回傳值不受外部變數的影響

非純函數,傳回值會被其他變數影響(說明有副作用),回傳值不確定。

let a = 2;
function test(pi) {
  // a 的值可能中途被修改
  return pi + a;
}
a = 3;
test(3);

非純函數,傳回值受到物件 getter 的影響,回傳結果不確定。

const obj = Object.create(
  {},
  {
    bar: {
      get: function() {
        return Math.random();
      },
    },
  }
);

function test(obj) {
  // obj.a 的值是随机数
  return obj.a;
}
test(obj);

純函數,參數唯一,回傳值確定。

function test(pi) {
  // 只要 pi 确定,返回结果就一定确定。
  return pi + 2;
}
test(3);

輸入值是不可以被改變的

非純函數,這個函數已經改變了外面 personInfo 的值了(產生了副作用)。

const personInfo = { firstName: 'shannan', lastName: 'xian' };

function revereName(p) {
  p.lastName = p.lastName
    .split('')
    .reverse()
    .join('');
  p.firstName = p.firstName
    .split('')
    .reverse()
    .join('');
  return `${p.firstName} ${p.lastName}`;
}
revereName(personInfo);
console.log(personInfo);
// 输出 { firstName: 'nannahs',lastName: 'naix' }
// personInfo 被修改了

純函數,這個函數不影響外部任意的變數。

const personInfo = { firstName: 'shannan', lastName: 'xian' };

function reverseName(p) {
  const lastName = p.lastName
    .split('')
    .reverse()
    .join('');
  const firstName = p.firstName
    .split('')
    .reverse()
    .join('');
  return `${firstName} ${lastName}`;
}
revereName(personInfo);
console.log(personInfo);
// 输出 { firstName: 'shannan',lastName: 'xian' }
// personInfo 还是原值

那麼你們是不是有疑問,personInfo 物件是參考類型,非同步操作的時候,中途改變了 personInfo,那麼輸出結果那就可能不確定了。

如果函數有非同步操作,的確有存在這個問題,的確應該確保 personInfo 不能被外部再次改變(可以透過深度拷貝)。

但是,這個簡單的函數裡面並沒有非同步操作,reverseName 函數運行的那一刻 p 的值已經是確定的了,直到返回結果。

下面的非同步操作才需要確保personInfo 中途不會被改變:

async function reverseName(p) {
  await new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve();
    }, 1000);
  });
  const lastName = p.lastName
    .split('')
    .reverse()
    .join('');
  const firstName = p.firstName
    .split('')
    .reverse()
    .join('');
  return `${firstName} ${lastName}`;
}

const personInfo = { firstName: 'shannan', lastName: 'xian' };

async function run() {
  const newName = await reverseName(personInfo);
  console.log(newName);
}

run();
personInfo.firstName = 'test';
// 输出为 tset naix,因为异步操作的中途 firstName 被改变了

修改成下面的方式就可以確保personInfo 中途的修改不影響非同步操作:

// 这个才是纯函数
async function reverseName(p) {
  // 浅层拷贝,这个对象并不复杂
  const newP = { ...p };
  await new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve();
    }, 1000);
  });
  const lastName = newP.lastName
    .split('')
    .reverse()
    .join('');
  const firstName = newP.firstName
    .split('')
    .reverse()
    .join('');
  return `${firstName} ${lastName}`;
}

const personInfo = { firstName: 'shannan', lastName: 'xian' };

// run 不是纯函数
async function run() {
  const newName = await reverseName(personInfo);
  console.log(newName);
}

// 当然小先运行 run,然后再去改 personInfo 对象。
run();
personInfo.firstName = 'test';
// 输出为 nannahs naix

這個還是有個缺點,就是外部personInfo 物件還是會改到,但不影響先前已經執行的run 函數。如果再執行 run 函數,輸入都變了,輸出當然也變了。

參數和傳回值可以是任意型別

那麼回傳函數也是可以的。

function addX(y) {
  return function(x) {
    return x + y;
  };
}

盡量只做一件事

當然這個要看實際應用場景,這裡舉個簡單例子。

兩件事一起做(不太好的做法):

function getFilteredTasks(tasks) {
  let filteredTasks = [];
  for (let i = 0; i < tasks.length; i++) {
    let task = tasks[i];
    if (task.type === &#39;RE&#39; && !task.completed) {
      filteredTasks.push({ ...task, userName: task.user.name });
    }
  }
  return filteredTasks;
}
const filteredTasks = getFilteredTasks(tasks);

getFilteredTasks 也是纯函数,但是下面的纯函数更好。

两件事分开做(推荐的做法):

function isPriorityTask(task) {
  return task.type === &#39;RE&#39; && !task.completed;
}
function toTaskView(task) {
  return { ...task, userName: task.user.name };
}
let filteredTasks = tasks.filter(isPriorityTask).map(toTaskView);

isPriorityTask 和 toTaskView 就是纯函数,而且都只做了一件事,也可以单独反复使用。

结果可缓存

根据纯函数的定义,只要输入确定,那么输出结果就一定确定。我们就可以针对纯函数返回结果进行缓存(缓存代理设计模式)。

const personInfo = { firstName: &#39;shannan&#39;, lastName: &#39;xian&#39; };

function reverseName(firstName, lastName) {
  const newLastName = lastName
    .split(&#39;&#39;)
    .reverse()
    .join(&#39;&#39;);
  const newFirstName = firstName
    .split(&#39;&#39;)
    .reverse()
    .join(&#39;&#39;);
  console.log(&#39;在 proxyReverseName 中,相同的输入,我只运行了一次&#39;);
  return `${newFirstName} ${newLastName}`;
}

const proxyReverseName = (function() {
  const cache = {};
  return (firstName, lastName) => {
    const name = firstName + lastName;
    if (!cache[name]) {
      cache[name] = reverseName(firstName, lastName);
    }
    return cache[name];
  };
})();

函数式编程有什么优点?

实施函数式编程的思想,我们应该尽量让我们的函数有以下的优点:

更容易理解

更容易重复使用

更容易测试

更容易维护

更容易重构

更容易优化

更容易推理

函数式编程有什么缺点?

性能可能相对来说较差

函数式编程可能会牺牲时间复杂度来换取了可读性和维护性。但是呢,这个对用户来说这个性能十分微小,有些场景甚至可忽略不计。前端一般场景不存在非常大的数据量计算,所以你尽可放心的使用函数式编程。看下上面提到个的例子(数据量要稍微大一点才好对比):

首先我们先赋值 10 万条数据:

const tasks = [];
for (let i = 0; i < 100000; i++) {
  tasks.push({
    user: {
      name: &#39;one&#39;,
    },
    type: &#39;RE&#39;,
  });
  tasks.push({
    user: {
      name: &#39;two&#39;,
    },
    type: &#39;&#39;,
  });
}

两件事一起做,代码可读性不够好,理论上时间复杂度为 o(n),不考虑 push 的复杂度

(function() {
  function getFilteredTasks(tasks) {
    let filteredTasks = [];
    for (let i = 0; i < tasks.length; i++) {
      let task = tasks[i];
      if (task.type === &#39;RE&#39; && !task.completed) {
        filteredTasks.push({ ...task, userName: task.user.name });
      }
    }
    return filteredTasks;
  }

  const timeConsumings = [];

  for (let k = 0; k < 100; k++) {
    const beginTime = +new Date();
    getFilteredTasks(tasks);
    const endTime = +new Date();

    timeConsumings.push(endTime - beginTime);
  }

  const averageTimeConsuming =
    timeConsumings.reduce((all, current) => {
      return all + current;
    }) / timeConsumings.length;

  console.log(`第一种风格平均耗时:${averageTimeConsuming} 毫秒`);
})();

两件事分开做,代码可读性相对好,理论上时间复杂度接近 o(2n)

(function() {
  function isPriorityTask(task) {
    return task.type === 'RE' && !task.completed;
  }
  function toTaskView(task) {
    return { ...task, userName: task.user.name };
  }

  const timeConsumings = [];

  for (let k = 0; k < 100; k++) {
    const beginTime = +new Date();
    tasks.filter(isPriorityTask).map(toTaskView);
    const endTime = +new Date();

    timeConsumings.push(endTime - beginTime);
  }

  const averageTimeConsuming =
    timeConsumings.reduce((all, current) => {
      return all + current;
    }) / timeConsumings.length;

  console.log(`第二种风格平均耗时:${averageTimeConsuming} 毫秒`);
})();

上面的例子多次运行得出耗时平均值,在数据较少和较多的情况下,发现两者平均值并没有多大差别。10 万条数据,运行 100 次取耗时平均值,第二种风格平均多耗时 15 毫秒左右,相当于 10 万条数据多耗时 1.5 秒,1 万条数多据耗时 150 毫秒(150 毫秒用户基本感知不到)。

虽然理论上时间复杂度多了一倍,但是在数据不庞大的情况下(会有个临界线的),这个性能相差其实并不大,完全可以牺牲浏览器用户的这点性能换取可读和可维护性。

很可能被过度使用

过度使用反而是项目维护性变差。有些人可能写着写着,就变成别人看不懂的代码,自己觉得挺高大上的,但是你确定别人能快速的看懂不? 适当的使用才是合理的。

应用场景

概念是概念,实际应用却是五花八门,没有实际应用,记住了也是死记硬背。这里总结一些常用的函数式编程应用场景。

简单使用

有时候很多人都用到了函数式的编程思想(最简单的用法),但是没有意识到而已。下面的列子就是最简单的应用,这个不用怎么说明,根据上面的纯函数特点,都应该看的明白。

function sum(a, b) {
  return a + b;
}

立即执行的匿名函数

匿名函数经常用于隔离内外部变量(变量不可变)。

const personInfo = { firstName: 'shannan', lastName: 'xian' };

function reverseName(firstName, lastName) {
  const newLastName = lastName
    .split('')
    .reverse()
    .join('');
  const newFirstName = firstName
    .split('')
    .reverse()
    .join('');
  console.log('在 proxyReverseName 中,相同的输入,我只运行了一次');
  return `${newFirstName} ${newLastName}`;
}

// 匿名函数
const proxyReverseName = (function() {
  const cache = {};
  return (firstName, lastName) => {
    const name = firstName + lastName;
    if (!cache[name]) {
      cache[name] = reverseName(firstName, lastName);
    }
    return cache[name];
  };
})();

JavaScript 的一些 API

如数组的 forEach、map、reduce、filter 等函数的思想就是函数式编程思想(返回新数组),我们并不需要使用 for 来处理。

const arr = [1, 2, '', false];
const newArr = arr.filter(Boolean);
// 相当于 const newArr = arr.filter(value => Boolean(value))

递归

递归也是一直常用的编程方式,可以代替 while 来处理一些逻辑,这样的可读性和上手度都比 while 简单。

如下二叉树所有节点求和例子:

const tree = {
  value: 0,
  left: {
    value: 1,
    left: {
      value: 3,
    },
  },
  right: {
    value: 2,
    right: {
      value: 4,
    },
  },
};

while 的计算方式:

function sum(tree) {
  let sumValue = 0;
  // 使用列队方式处理,使用栈也可以,处理顺序不一样
  const stack = [tree];

  while (stack.length !== 0) {
    const currentTree = stack.shift();
    sumValue += currentTree.value;

    if (currentTree.left) {
      stack.push(currentTree.left);
    }

    if (currentTree.right) {
      stack.push(currentTree.right);
    }
  }

  return sumValue;
}

递归的计算方式:

function sum(tree) {
  let sumValue = 0;

  if (tree && tree.value !== undefined) {
    sumValue += tree.value;

    if (tree.left) {
      sumValue += sum(tree.left);
    }
    if (tree.right) {
      sumValue += sum(tree.right);
    }
  }

  return sumValue;
}

递归会比 while 代码量少,而且可读性更好,更容易理解。

链式编程

如果接触过 jquery,我们最熟悉的莫过于 jq 的链式便利了。现在 ES6 的数组操作也支持链式操作:

const arr = [1, 2, '', false];
const newArr = arr.filter(Boolean).map(String);
// 输出 "1", "2"]

或者我们自定义链式,加减乘除的链式运算:

function createOperation() {
  let theLastValue = 0;
  const plusTwoArguments = (a, b) => a + b;
  const multiplyTwoArguments = (a, b) => a * b;

  return {
    plus(...args) {
      theLastValue += args.reduce(plusTwoArguments);
      return this;
    },
    subtract(...args) {
      theLastValue -= args.reduce(plusTwoArguments);
      return this;
    },
    multiply(...args) {
      theLastValue *= args.reduce(multiplyTwoArguments);
      return this;
    },
    pide(...args) {
      theLastValue /= args.reduce(multiplyTwoArguments);
      return this;
    },
    valueOf() {
      const returnValue = theLastValue;
      // 获取值的时候需要重置
      theLastValue = 0;
      return returnValue;
    },
  };
}
const operaton = createOperation();
const result = operation
  .plus(1, 2, 3)
  .subtract(1, 3)
  .multiply(1, 2, 10)
  .pide(10, 5)
  .valueOf();
console.log(result);

当然上面的例子不完全都是函数式编程,因为 valueOf 的返回值就不确定。

高阶函数

高阶函数(Higher Order Function),按照维基百科上面的定义,至少满足下列一个条件的函数

函数作为参数传入

返回值为一个函数

简单的例子:

function add(a, b, fn) {
  return fn(a) + fn(b);
}
function fn(a) {
  return a * a;
}
add(2, 3, fn); // 13

还有一些我们平时常用高阶的方法,如 map、reduce、filter、sort,以及现在常用的 redux 中的 connect 等高阶组件也是高阶函数。

柯里化(闭包)

柯里化(Currying),又称部分求值(Partial Evaluation),是把接受多个参数的函数变换成接受一个单一参数(最初函数的第一个参数)的函数,并且返回接受余下的参数而且返回结果的新函数的技术。

柯里化的作用以下优点:

参数复用

提前返回

延迟计算/运行

缓存计算值

柯里化实质就是闭包。其实上面的立即执行匿名函数的例子就用到了柯里化。

// 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

高阶组件

这是组件化流行后的一个新概念,目前经常用到。ES6 语法中 class 只是个语法糖,实际上还是函数。

一个简单例子:

class ComponentOne extends React.Component {
  render() {
    return <h1>title</h1>;
  }
}

function HocComponent(Component) {
  Component.shouldComponentUpdate = function(nextProps, nextState) {
    if (this.props.id === nextProps.id) {
      return false;
    }
    return true;
  };
  return Component;
}

export default HocComponent(ComponentOne);

深入理解高阶组件请看这里。

无参数风格(Point-free)

其实上面的一些例子已经使用了无参数风格。无参数风格不是没参数,只是省略了多余参数的那一步。看下面的一些例子就很容易理解了。

范例一:

const arr = [1, 2, '', false];
const newArr = arr.filter(Boolean).map(String);
// 有参数的用法如下:
// arr.filter(value => Boolean(value)).map(value => String(value));

范例二:

const tasks = [];
for (let i = 0; i < 1000; i++) {
  tasks.push({
    user: {
      name: &#39;one&#39;,
    },
    type: &#39;RE&#39;,
  });
  tasks.push({
    user: {
      name: &#39;two&#39;,
    },
    type: &#39;&#39;,
  });
}
function isPriorityTask(task) {
  return task.type === &#39;RE&#39; && !task.completed;
}
function toTaskView(task) {
  return { ...task, userName: task.user.name };
}
tasks.filter(isPriorityTask).map(toTaskView);

范例三:

// 比如,现成的函数如下:
var toUpperCase = function(str) {
  return str.toUpperCase();
};
var split = function(str) {
  return str.split(&#39;&#39;);
};
var reverse = function(arr) {
  return arr.reverse();
};
var join = function(arr) {
  return arr.join(&#39;&#39;);
};

// 现要由现成的函数定义一个 point-free 函数toUpperCaseAndReverse
var toUpperCaseAndReverse = _.flowRight(
  join,
  reverse,
  split,
  toUpperCase
); // 自右向左流动执行
// toUpperCaseAndReverse是一个point-free函数,它定义时并无可识别参数。只是在其子函数中操纵参数。flowRight 是引入了 lodash 库的组合函数,相当于 compose 组合函数
console.log(toUpperCaseAndReverse(&#39;abcd&#39;)); // => DCBA

无参数风格优点?

参风格的好处就是不需要费心思去给它的参数进行命名,把一些现成的函数按需组合起来使用。更容易理解、代码简小,同时分离的回调函数,是可以复用的。如果使用了原生 js 如数组,还可以利用 Boolean 等构造函数的便捷性进行一些过滤操作。

无参数风格缺点?

缺点就是需要熟悉无参数风格,刚接触不可能就可以用得得心应手的。对于一些新手,可能第一时间理解起来没那没快。

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