初探 JavaScript 中的函数式编程

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2017-05-15
原文链接:zhuanlan.zhihu.com
导读: 本文简单介绍函数式编程及其一些基础概念,重在概念理解。

一、什么是函数式编程?

函数式编程(Functional programming)简称 FP,并不是什么库或者框架,与过程式编程(Procedural programming)相对,而是一种编程范式。FP 通过声明纯函数抽象数据的处理,来避免或尽可能减少函数调用对于外部状态和系统产生的副作用。

所谓 副作用,大抵有改变函数外系统状态,向外抛出异常,处理用户操作,修改入参,数据库查操作,DOM操作等等可能会引起系统错误操作。

二、为什么在 JavaScript 使用函数式编程思想

2.1 从语言特性来看


JavaScript 一开始的语法就是从 Scheme 这种函数式编程语言借鉴而来。随着语言标准的推进,语言本身的功能性不断丰富,闭包、箭头函数、高阶函数,数组迭代等等功能都让 JavaScript 中实现 FP 变得简单,简单讲几个特性:

2.1.1. lambda 表达式
lambda 表达式其实是一个匿名函数,使用箭头清晰的表示输入输出的映射关系,JavaScript 中使用箭头函数来实现。
const multiply = x => x * x
multiply(6) // 36

2.12 高阶函数
高阶( Higher-order )函数可以接受一个或者多个函数作为入参,输出一个函数。
简单写两个例子
const add = x => y => x + y
const add10 = add(10)
add(5) // 15
const compose = (...fns) => x =>  fns.reduce((acc, fn) => fn(acc), x)
const a = x => x + 1
const b = x => x + 2
const composedFn = compose(a, b)
composedFn(1) // 1 + 1 + 2 = 4

2.1.3 filter map forEach reduce 迭代

Array.prototype 下的 filter map forEach reduce 都是高阶函数,因为入参是个函数。


const flatten = (arr = []) => arr.reduce(
  (acc, val) => Array.isArray(val) ? flatten(val) : acc.concat(val),
  []
)
let arr = [1,[ 4, 5 ], 2, 3];
flatten(arr)  // [1,4, 5, 2, 3]

2.2 从实际需求角度来看

就浏览器端而言,随着各种单页框架的发展,客户端的处理能力不断提升,越来越多的业务逻辑被放到端,从而导致客户端要维护的状态越来越多。随之而来的问题是,我们一步小心就会大量使用依赖于外部变量的函数,这些函数随着业务逻辑不断增加,从而导致逻辑分支剧增,状态难以追踪,代码可读性差,难以维护,而 FP 恰恰有着很好的解决方案。

另外,现在主流的编程语言基本上都引入函数式编程的特性,即使是以面向对象著称的 java,通过使用 stream + lambda 表达式,依然可以实践函数式编程思想,而 Spring5 更是将 Reactive 作为主要卖点,总之 FP 近来很火。

而 JS 的函数式编程生态也在不断丰富, RxJS, circleJS 等框架在前端产线上的应用也越来越广。

三、使用函数式的优点

使用 FP 编程主要有以下几个优点:

  • 将数据和处理逻辑分离,代码更加简洁,模块化,可读性好
  • 容易测试,测试环境容易模拟
  • 逻辑代码可复用性强

四、函数式编程相关概念

函数式编程的实现主要依赖于:

  • 声明式编程
  • 纯函数
  • 不可变数据

4.1 声明式编程


What is the difference between declarative and imperative programming

最简单的,相同的数组处理,使用 for 循环是指令式,用 map 之类的操作是声明式。使用声明式编程,简化了代码,提高了复用率,为重构留有余地。

4.2 纯函数

纯函数简要概括有两个特点:

  • 函数的输出只与输入有关,相同输入产生的输出一致,并不会不依赖外部条件
  • 函数调用不会改变函数域以外的状态或者变量,不会对系统产生副作用

看个简单的例子:

let counter = 0
const increment = () => ++counter
const increment = counter => ++counter

前一个函数每次调用都会修改外部变量的值,返回值也依赖于外部变量;后一个函数对于同一输入值每次返回的结果都相同,并且不会对外部状态造成影响。所以后一个是纯函数。

为什么要追求函数的纯度,这就涉及到一个称为引用透明性的概念。

4.2.1 引用透明性

纯函数的这种函数的返回值只依赖于其输入值的特性,被称为引用透明性(referential transparency),纯函数都是可以进行缓存的。

const memorize(pureFn) {
  const _cache = {}
  return (...args) => {
    const key = JSON.stringify(args)
    return _cache[key] || (_cache[key] = purFu.apply(null, args))
  }
}

4.3 Immutable Data

Why is Global Mutable State so Evil?

「可变的全局状态是万恶之源」(其实从功能代码的角度看,局部和全局是相对而言的),简而言之可变状态会让程序的运行变得不可预测,代码可读性差,难以维护。

在 JS 中,当函数入参是对象类型的数据时,我们拿到的其实是个引用,所以即使在函数内部我们也是可以修改对象内部的属性,这种情景依然会产生副作用。

所以这个时候就需要引入 Immutable 的概念。 Immutable 即 unchangeable, Immutable data在初始化创建后就不能被修改了,每次对于 Immutable data 的操作都会返回一个新的 Immutable data。 所以并不会对原来的状态形成改变(当然不是简单的深拷贝再修改)。

Immutable 比较流行的 JS 实现有 immutable-jsseamless-immutable; 对于 React 党来说, immutable-js 一点都不陌生, immutable-js 配合 Redux 就是一种很好的 FP 实践

const map1 = Immutable.Map({a:1, b: {d:2}, c:3});
const map2 = map1.set('a', 50);
map1 === map2 // false
const mapb1 = map1.get('b')
const mapb2 = map2.get('b')
mapb1===mapb2 // true

五.小结

简单讲了讲一些 FP 的基本概念,主要是明确一下对于 FP 的意识形态=..=,有个大概的了解,继续下一步关于函数抽象和数据抽象的学习=。=

六.参考

awesome-fp-jshttps://github.com/stoeffel/awesome-fp-jsmostly-adequate-guide
Master the JavaScript Interview: What is a Pure Function?
Master the JavaScript Interview: What is Functional Programming?
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