JS函数式编程之一: 走进函数式

函数式编程是一种编写代码的方式,而不是一种框架或工具,函数式的思维方式与面向对象及面向过程的思维方式完全不同。在学习如何使用函数式思考之前,首先必须知道函数式编程是什么。

什么是函数式编程

简单来说,函数式编程是一种强调以函数使用为主的软件开发风格。其目标是使用函数来抽象作用在数据之上的数据流与操作,从而在系统中消除副作用减少对状态的改变
比如我们要在Web页面中显示一个"Hello, Jack!"为例讲起:

document.querySelector('#msg').innerText = 'Hello, Jack!';

这段代码非常简单,因为这是写死的。考虑下,类似这样的功能有多个地方要用,并且有的地方要显示"Hi,Jack!"。再多考虑一点,如果我不仅要把文字输是页面中,比如控制台呢?
现在比较明确的是有两个逻辑:

  1. 对文字进行定制,显示"Hello, Jack!",还是显示"Hi,Jack!"
  2. 将文字输出到什么地方,页面还是控制台

为了复用性,我们可以将每一个逻辑都抽取成对应的函数:

这里只是为了演示而已,实际项目中是否有必要抽取要根据实际情况

// 用来生成"Hello, Jack!"的函数
function sayHello(name) { return `Hello, ${name}!`;}
// 用来生成"Hi,Jack!"的函数
function sayHi(name) {return `Hi, ${name}!`;}
// 将文本输出到页面中的函数
function printToPage(msg) {document.querySelector('#msg').innerText=msg;}
// 将文本输出到控制台中的函数
function printToConsole(msg){console.log(msg);}

至此,如果我们想要在页面中输出"Hi, Jack!",就可以像下面这样:

printToPage(sayHi('Jack'))

观察调用的两个函数,可以发现sayHi接收一个参数,然后将返回的值传给printToPage,那是否可以组合成一个更简单的函数使用呢?

// 组合函数
function run(func1, func2) {
  return params => {
    func1(func2(params));
  }
}
// 使用组合函数生成新函数
const printNameToPage = run(printToPage, sayHi);
// 运行函数
printNameToPage('Jack');

这个时候如果想要一个输出到控制台的函数:

// 使用组合函数生成新函数
const printNameToConsole = run(printToConsole, sayHello);
// 运行函数
printNameToConsole('Jack'); // Hello, Jack!

以上就是一个简单的函数思维的过程。也许你觉得没有必要搞那么复杂,但是你想,真实项目中,你可是创建了多个可以重复使用的函数: sayHi, sayHello, printToPage, printToConsole等。实际项目中,这样的函数会非常的有价值。

为了充分理解函数式编程,我们必须知道它所基于的一些基本概念:

  • 声明式编程。
  • 纯函数。
  • 引用透明。
  • 不可变性。

下面对这些基本概念做简单的解释

函数式编程是声明式编程

函数式编程属于声明式编程范式:这种范式会描述一系列的操作,但并不会暴露它们是如何实现的以及数据流是如何穿过它们的。

目前,更加主流的是命令式或者过程式的编程范式,其将计算程序视为自上而下的断言,通过修改系统的各个状态来计算最终结果。
先看一个命令式的例子。假如我们要计算一个数组中的所有数的平方,并得到一二新的数组,大概程序如下步骤:

let array = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9];
let newArray = [];
for (let i = 0, len = array.length; i < len; i++) {
  newArray[i] = Math.pow(array[i], 2);
}
console.log(newArray); // [0, 1, 4, 9, 16, 25, 49, 64, 81]

命令式编程很具体的告诉计算机如何执行某个任务,如上的通过数组循环并对每一个元素应用公式。

而声明式编程是将程序的描述与求值分开的,它关注于如何用各种表达式来描述程序逻辑。下面使用函数式来解决相同的问题,只需要对应用在每个元素上的行为给予关注,将循环交给系统的其他部分去控制:

let newArray =  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9].map(num => Math.pow(num, 2));
console.log(newArray); // [0, 1, 4, 9, 16, 25, 49, 64, 81]

为什么要去掉代码循环?循环是一种重要的命令控制结构,但很难重用,并且很难插入其他操作中。函数式编程旨在尽可能地提高代码的无状态性和不变性。无状态的代码不会改变或破坏全局的状态,这就是纯函数。

纯函数

函数式编程基于一个前提,即使用纯函数构建具有不变性的程序

纯函数具有以下性质:

  • 仅取决于提供的输入,而不依赖于任何在函数求值期间或调用间隔时可能变化的隐藏状态和外部状态。
  • 不会造成超出其作用域的变化,例如修改全局对象或引用传递的参数。

任何不符合以上条件的函数都是"不纯的",例如:

let counter = 0;
// 此函数是不纯的,因为读取并且修改了一个外部变量
function increment() {return ++counter;}
// Date.now()也是不纯的,因为它依赖于一个不断变化的因素: 时间
Date.now();

函数式编程在实践上并不限制一切的改变,它只是提供了一个方式来帮助管理和减少可变状态,让你能够将纯函数从不纯的部分抽取出来。

引用透明

引用透明是定义一个纯函数较为正确的方式。纯度表明一个函数的参数和它返回值之间映射的纯的关系。如果一个函数对于相同的输入始终产生相同的结果,那么就是引用透明的。

上面的increment就不是引用透明的,因为它依赖外部变量counter。我们将其修改成引用透明的函数:

// 不再依赖外部变量,也不会影响外部变量
function increment(counter) {return counter + 1;}

使用之前定义的run函数,可以很简单的组合出来一个加2的函数:

const plus2 = run(increment, increment);
console.log(plus2(0)); // 2

存储不可变数据

不可变数据是指那些被创建后不能更改的数据。

Javascript中所有的基本类型都是不可变的。但是其他对象,如数组,都是可变的。考虑一个简单的数组排序:

function (arr) {
  return arr.sort((a, b) => b - a);
}

这个函数的确能返回排序后的数组,但不幸的是,array.sort函数是有状态的,原本的函数也被修改了。

基于以上的的描述,我们可以简洁的理解函数式编程: 函数式编程是指为创建不可变程序,通过消除外部可见的副作用,来对纯函数的声明式的求值过程。

总结

  • 使用纯函数的代码绝不会更改或破坏全局状态,有助于提高代码的可测试性和可维护性。
  • 函数式编程采用声明式的风格,易于推理。这提高了应用程序的整体可读性,通过使用组合和lamada表达式使代码更加精简。
  • 集合中的数据元素处理可以通过链式如map和reduce这样的函数来实现。
  • 函数式编程将函数视为积木,通过一等高阶函数来提高代码的模块化和可重用性。
  • 可以利用响应式编程组合各个函数来降低事件驱动程序的复杂性。
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