了解C# 函数式编程

什么是函数式编程

函数式编程是一种编程范式,维基百科对函数式编程定义如下:

函数式编程(英语:functional programming)或称函数程序设计,又称泛函编程,是一种编程典范,它将计算机运算视为数学上的函数计算,并且避免使用程序状态以及易变对象。函数编程语言最重要的基础是λ演算(lambda calculus)。而且λ演算的函数可以接受函数当作输入(引数)和输出(传出值)。

比起指令式编程,函数式编程更加强调程序执行的结果而非执行的过程,倡导利用若干简单的执行单元让计算结果不断渐进,逐层推导复杂的运算,而不是设计一个复杂的执行过程。

函数式编程的特点

  • 将函数作为“值”进行传递
  • 更好的处理并发

将函数作为“值”进行传递

我理解的函数式编程最大特点是它常常将某一函数作为另一函数的入参或出参,这种特性让程序有更强的扩展性,节约了更多枯燥无味的繁琐代码。所以通常我们看到的函数式编程的代码都极其简约。

例:

        Func<int, int> triple = x => x * 3;
        var range = Enumerable.Range(1, 3);
        var sampleResult = range.Select(triple);
        sampleResult.ToList()
            .ForEach(p => Console.WriteLine(p));
        Console.ReadLine();

上面代码里我们将triple用于range.Select方法的入参,也在sampleResult.ToList().ForEach方法中将p => Console.WriteLine(p)作为入参。

更好的处理并发

这个光看标题不太好理解,我们先看非函数式编程在对我们的集合类型做操作时候对集合本身造成了哪些影响。

    var lst = new List<int> { 5, 7, 1 };
    lst.Sort();
    lst.ForEach(p => Console.WriteLine(p));
    Console.ReadLine();

上面的输出结果会是 1 5 7

结果改变了我们定义时候的集合元素顺序,这种做法也许不是我们的本意,这种更改原定义数据的做法叫 “状态突变”

再来看一段代码范例,很形象的表达了状态突变带来的问题。

    var nums = Range(-10000, 10000).Reverse().ToList();
    Action task1 = () => Console.WriteLine(nums.Sum());
    Action task2 = () =>
    {
        nums.Sort();
        Console.WriteLine(nums.Sum());
    };

    Parallel.Invoke(task1, task2); //并行执行两个方法
    Console.ReadLine();

上面的代码能通过编译器的检查,但是实际运行就需要运气,不出意外会抛出异常:“System.InvalidOperationException: 集合已修改;可能无法执行枚举操作。”

原因也简单,两个方法同时对一个集合进行排序,任务1还没有排序完成时候任务2也在排序,两个排序都在操作同一块内存里的数据,相互打乱对方原已排序好的下标。

很显然造成这个问题的原因在于两个任务引用的数据源都在相同的内存地址(托管堆分配的位置)上,如果两个Task单独运行是绝对没有问题的。

好了,我们试下用函数式编程方式来处理这个问题看看。

    var nums = Range(-10000, 10000).Reverse().ToList();
    Action task1 = () => Console.WriteLine(nums.Sum());
    Action task3 = () =>
    {
        Console.WriteLine(nums.OrderBy(p => p).Sum());
    };
    Parallel.Invoke(task1, task3); //并行执行两个方法
    Console.ReadLine();

这次不管你启动多少次程序都不会再抛出InvalidOperationException异常了。 原因也很简单,OrderBy(p => p)执行原理是创建了一个新的集合,排序也是在新的集合上执行的,所以不会出现InvalidOperationException异常。

上面两个案例我们得知函数式编程的部分特性,其中对于并发的处理上函数式编程能给我们代码带来更稳定的实现。通常我们会忽略这些潜在的问题,就好比刚开始用户数不多我们不会启用Task并行执行方法,后续因为业务需要,引入并行机制后又忽略原有的运算方式从而导致很多潜在bug。

当然有人会纠结说但从执行上来说上面的排序方式其实所消耗的性能更大(因为是创建了独立的集合),这个我想说 我们的很多代码还真没达到需要纠结那么微小的性能消耗,它所带来的收益往往是大于它产生的消耗~

高阶函数

高阶函数(Hight-Order Function,HOF)是接受其他函数作为输入或返回一个函数作为输出的函数,或两者都皆有(是不是特别像js最原生的回调函数,哈哈哈~)
仔细想想我们常用的Linq中的Where、FirsOrDefault、OrderBy...都是高阶函数。

函数式编程优势

  • 简洁
  • 高并发兼容性强
  • 组合性强(关注分离)

函数式编程在C#中的发展

微软在发布Framework3.5的时候引入了System.Linq,这是一项革命性的变革。Linq就是一个函数式库,我们现在编程几乎已经离不开它了。 Select、Where、OrderBy...各种函数式编程风格的方法让我们在对集合类型的运算、映射、对比、排序中极为方便。个人认为Framework3.5对于.Net开发者来说是革命性突破,后续的版本再无此次变更带来的意义重大! 当然未来C#对函数式编程是持更加扶持的态度的,很多细节上面可以看得出来。

有兴趣的朋友可以查看下微软开源代码库Reactive Extensions
采取函数式编程风格,与Rx.js、Rx.Java具备很多相同的操作符,可以说玩转了Reactive Extensions再去玩Rx.js会很快上手~

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 206,126评论 6 481
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 88,254评论 2 382
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 152,445评论 0 341
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 55,185评论 1 278
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 64,178评论 5 371
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,970评论 1 284
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,276评论 3 399
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,927评论 0 259
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 43,400评论 1 300
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,883评论 2 323
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,997评论 1 333
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,646评论 4 322
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,213评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,204评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,423评论 1 260
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 45,423评论 2 352
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,722评论 2 345

推荐阅读更多精彩内容