函數(shù)式編程，真香

黃爸爸好 2019-05-08

展開全文

編者按：本文轉載自公眾號前端桃園

最開始接觸函數(shù)式編程的時候是在小米工作的時候，那個時候看老大以前寫的代碼各種 compose，然后一些 ramda 的一些工具函數(shù)，看著很吃力，然后極力吐槽函數(shù)式編程，現(xiàn)在回想起來，那個時候的自己真的是見識短淺，只想說,'真香'。

最近在研究函數(shù)式編程，真的是在學習的過程中感覺自己的思維提升了很多，抽象能力大大的提高了，讓我深深的感受到了函數(shù)式編程的魅力。所以我打算后面用 5 到 8 篇的篇幅，詳細的介紹一下函數(shù)式編程的思想，基礎、如何設計、測試等。

今天這篇文章主要介紹函數(shù)式編程的思想。

函數(shù)式編程有用嗎？
什么是函數(shù)式編程？
函數(shù)式編程的優(yōu)點。

面向對象編程(OOP)通過封裝變化使得代碼更易理解。
函數(shù)式編程(FP)通過最小化變化使得代碼更易理解。
-- Michacel Feathers（Twitter）

總所周知 JavaScript 是一種擁有很多共享狀態(tài)的動態(tài)語言，慢慢的，代碼就會積累足夠的復雜性，變得笨拙難以維護。面向對象設計能幫我們在一定程度上解決這個問題，但是還不夠。

由于有很多的狀態(tài)，所以處理數(shù)據(jù)流和變化的傳遞顯得尤為重要，不知道你們知道響應式編程與否，這種編程范式有助于處理 JavaScript 的異步或者事件響應?？傊斘覀冊谠O計應用程序的時候，我們應該考慮是否遵守了以下的設計原則。

可擴展性--我是否需要不斷地重構代碼來支持額外的功能？
易模塊化--如果我更改了一個文件，另一個文件是否會受到影響？
可重用性--是否有很多重復的代碼？
可測性--給這些函數(shù)添加單元測試是否讓我糾結？
易推理性--我寫的代碼是否非結構化嚴重并難以推理？

我這能這么跟你說，一旦你學會了函數(shù)式編程，這些問題迎刃而解，本來函數(shù)式編程就是這個思想，一旦你掌握了函數(shù)式，然后你再學習響應式編程那就比較容易懂了，這是我親身體會的。我之前在學 Rxjs 的時候是真的痛苦，說實話，Rxjs 是我學過最難的庫了，沒有之一。在經(jīng)歷過痛苦的一兩個月之后，有些東西還是不能融會貫通，知道我最近研究函數(shù)式編程，才覺得是理所當然。毫無夸張，我也盡量在后面的文章中給大家介紹一下 Rxjs，這個話題我也在公司分享過。

什么是函數(shù)式編程？

簡單來說，函數(shù)式編程是一種強調以函數(shù)使用為主的軟件開發(fā)風格?？吹竭@句我想你還是一臉懵逼，不知道函數(shù)式編程是啥，不要著急，看到最后我相信你會明白的。

還有一點你要記住，函數(shù)式編程的目的是使用函數(shù)來抽象作用在數(shù)據(jù)之上的控制流和操作，從而在系統(tǒng)中消除副作用并減少對狀態(tài)的改變。

下面我們通過例子來簡單的演示一下函數(shù)式編程的魅力。

現(xiàn)在的需求就是輸出在網(wǎng)頁上輸出 “Hello World”。

可能初學者會這么寫。

document.querySelector('#msg').innerHTML = '<h1>Hello World</h1>'

這個程序很簡單，但是所有代碼都是死的，不能重用，如果想改變消息的格式、內容等就需要重寫整個表達式，所以可能有經(jīng)驗的前端開發(fā)者會這么寫。

function printMessage(elementId, format, message) {
    document.querySelector(elementId).innerHTML = `<${format}>${message}</${format}>`
}
printMessage('msg', 'h1', 'Hello World')

這樣確實有所改進，但是任然不是一段可重用的代碼，如果是要將文本寫入文件，不是非 HTML，或者我想重復的顯示 Hello World。

那么作為一個函數(shù)式開發(fā)者會怎么寫這段代碼呢？

const printMessage = compose(addToDom('msg', h1, echo))
printMessage('Hello World')

解釋一下這段代碼，其中的 h1 和 echo 都是函數(shù)，addToDom 很明顯也能看出它是函數(shù)，那么我們?yōu)槭裁匆獙懗蛇@樣呢？看起來多了很多函數(shù)一樣。

其實我們是講程序分解為一些更可重用、更可靠且更易于理解的部分，然后再將他們組合起來，形成一個更易推理的程序整體，這是我們前面談到的基本原則。

compose 簡單解釋一下，他會讓函數(shù)從最后一個參數(shù)順序執(zhí)行到第一個參數(shù)，compose 的每個參數(shù)都是函數(shù)，不明白的可以查一下，在 redux 的中間件部分這個函數(shù)式精華。

可以看到我們是將一個任務拆分成多個最小顆粒的函數(shù)，然后通過組合的方式來完成我們的任務，這跟我們組件化的思想很類似，將整個頁面拆分成若干個組件，然后拼裝起來完成我們的整個頁面。在函數(shù)式編程里面，組合是一個非常非常非常重要的思想。

好，我們現(xiàn)在再改變一下需求，現(xiàn)在我們需要將文本重復三遍，打印到控制臺。

var printMessaage = compose(console.log, repeat(3), echo)
printMessage(‘Hello World’)

可以看到我們更改了需求并沒有去修改內部邏輯，只是重組了一下函數(shù)而已。

可以看到函數(shù)式編程在開發(fā)中具有聲明模式。為了充分理解函數(shù)式編程，我們先來看下幾個基本概念。

聲明式編程
純函數(shù)
引用透明
不可變性

聲明式編程

函數(shù)式編程屬于聲明是編程范式：這種范式會描述一系列的操作，但并不會暴露它們是如何實現(xiàn)的或是數(shù)據(jù)流如何傳過它們。

我們所熟知的 SQL 語句就是一種很典型的聲明式編程，它由一個個描述查詢結果應該是什么樣的斷言組成，對數(shù)據(jù)檢索的內部機制進行了抽象。

我們再來看一組代碼再來對比一下命令式編程和聲明式編程。

// 命令式方式
var array = [0, 1, 2, 3]
for(let i = 0; i < array.length; i++) {
array[i] = Math.pow(array[i], 2)
}
array; // [0, 1, 4, 9]
// 聲明式方式
[0, 1, 2, 3].map(num => Math.pow(num, 2))

可以看到命令式很具體的告訴計算機如何執(zhí)行某個任務。

而聲明式是將程序的描述與求值分離開來。它關注如何用各種表達式來描述程序邏輯，而不一定要指明其控制流或狀態(tài)關系的變化。

為什么我們要去掉代碼循環(huán)呢？循環(huán)是一種重要的命令控制結構，但很難重用，并且很難插入其他操作中。而函數(shù)式編程旨在盡可能的提高代碼的無狀態(tài)性和不變性。要做到這一點，就要學會使用無副作用的函數(shù)--也稱純函數(shù)

純函數(shù)

純函數(shù)指沒有副作用的函數(shù)。相同的輸入有相同的輸出，就跟我們上學學的函數(shù)一樣，常常這些情況會產(chǎn)生副作用。

改變一個全局的變量、屬性或數(shù)據(jù)結構
改變一個函數(shù)參數(shù)的原始值
處理用戶輸入
拋出一個異常
屏幕打印或記錄日志
查詢 HTML 文檔，瀏覽器的 Cookie 或訪問數(shù)據(jù)庫

舉一個簡單的例子

var counter = 0
function increment() {
    return ++counter;
}

這個函數(shù)就是不純的，它讀取了外部的變量，可能會覺得這段代碼沒有什么問題，但是我們要知道這種依賴外部變量來進行的計算，計算結果很難預測，你也有可能在其他地方修改了 counter 的值，導致你 increment 出來的值不是你預期的。

對于純函數(shù)有以下性質：

僅取決于提供的輸入，而不依賴于任何在函數(shù)求值或調用間隔時可能變化的隱藏狀態(tài)和外部狀態(tài)。
不會造成超出作用域的變化，例如修改全局變量或引用傳遞的參數(shù)。

但是在我們平時的開發(fā)中，有一些副作用是難以避免的，與外部的存儲系統(tǒng)或 DOM 交互等，但是我們可以通過將其從主邏輯中分離出來，使他們易于管理。

現(xiàn)在我們有一個小需求：通過 id 找到學生的記錄并渲染在瀏覽器(在寫程序的時候要想到可能也會寫到控制臺，數(shù)據(jù)庫或者文件，所以要想如何讓自己的代碼能重用)中。

// 命令式代碼
function showStudent(id) {
    // 這里假如是同步查詢
    var student = db.get(id)
    if(student !== null) {
          // 讀取外部的 elementId
          document.querySelector(`${elementId}`).innerHTML = `${student.id},${student.name},${student.lastname}`
    } else {
        throw new Error('not found')
    }
}
showStudent('666')
// 函數(shù)式代碼
// 通過 find 函數(shù)找到學生
var find = curry(function(db, id) {
    var obj = db.get(id)
    if(obj === null) {
        throw new Error('not fount')
    }
    return obj
})
// 將學生對象 format
var csv = (student) => `${student.id},${student.name},${student.lastname}`
// 在屏幕上顯示
var append = curry(function(elementId, info) {
    document.querySelector(elementId).innerHTML = info
})
var showStudent = compose(append('#student-info'), csv, find(db))
showStudent('666')

如果看不懂 curry (柯里化)的先不著急，這是一個對于新手來說比較難理解的一個概念，在函數(shù)式編程里面起著至關重要的作用。

可以看到函數(shù)式代碼通過較少這些函數(shù)的長度，將 showStudent 編寫為小函數(shù)的組合。這個程序還不夠完美，但是已經(jīng)可以展現(xiàn)出相比于命令式的很多優(yōu)勢了。

靈活。有三個可重用的組件
聲明式的風格，給高階步驟提供了一個清晰視圖，增強了代碼的可讀性
另外是將純函數(shù)與不純的行為分離出來。

我們看到純函數(shù)的輸出結果是一致的，可預測的，相同的輸入會有相同的返回值，這個其實也被稱為引用透明。

引用透明

引用透明是定義一個純函數(shù)較為正確的方法。純度在這個意義上表面一個函數(shù)的參數(shù)和返回值之間映射的純的關系。如果一個函數(shù)對于相同的輸入始終產(chǎn)生相同的結果，那么我們就說它是引用透明。

這個概念很容易理解，簡單的舉兩個例子就行了。

// 非引用透明
var counter = 0
function increment() {
    return ++counter
}
// 引用透明
var increment = (counter) => counter + 1

其實對于箭頭函數(shù)在函數(shù)式編程里面有一個高大上的名字，叫 lambda 表達式，對于這種匿名函數(shù)在學術上就是叫 lambda 表達式，現(xiàn)在在 Java 里面也是支持的。

不可變數(shù)據(jù)

不可變數(shù)據(jù)是指那些創(chuàng)建后不能更改的數(shù)據(jù)。與許多其他語言一樣，JavaScript 里有一些基本類型(String,Number 等)從本質上是不可變的，但是對象就是在任意的地方可變。

考慮一個簡單的數(shù)組排序代碼：

var sortDesc = function(arr) {
    return arr.sort(function(a, b) {
        return b - a
    })
}
var arr = [1, 3, 2]
sortDesc(arr) // [1, 2, 3]
arr // [1, 2, 3]