在你身边你左右 --函数式编程别烦恼

曾经的你是不是总在工作和学习过程中听到函数式编程（FP）。但学到函子的时候总是一头雾水。本文是我在函数式编程学习过程中，总结的笔记，也分享给想学函数式编程的同学。

在学之前，你先问自己几个问题，或者当作一场面试，看看下面的这些问题，你该怎么回答？

你能说出对javaScript工程师比较重要的两种编程范式吗？
什么是函数式编程？
函数式编程和面向对象各有什么优点和不足呢？
你了解闭包吗？你经常在那些地方使用？闭包和柯里化有什么关系？
如果我们想封装一个像underscorede的防抖的函数该怎么实现？
你怎么理解函子的概念？Monad函子又有什么作用？
下面这段代码的运行结果是什么？

var Container = function(x) { this.__value = x;  } 
Container.of = x => new Container(x);  

Container.prototype.map = function(f){  
      console.log(f)
     return Container.of(f(this.__value)) 
}  

Container.of(3).map(x=>x+1).map(x => 'Result is ' + x);
console.log(Container.of(3).map(x=>x+1).map(x => 'Result is ' + x))

现在就让我们带着问题去学习吧。文章的最后，我们再次总结这些问题的答案。

1.1 函数式编程（FP）思想

面对对象（OOP）可以理解为是对数据的抽象，比如把一个人抽象成一个Object，关注的是数据。函数式编程是一种过程抽象的思维，就是对当前的动作去进行抽象，关注的是动作。

举个例子：如果一个数a=1 ，我们希望执行+3（f函数），然后再*5（g函数），最后得到结果result是20

数据抽象，我们关注的是这个数据：a=1 经过f处理得到  a=4 , 再经过g处理得到 a = 20

过程抽象，我们关注的是过程：a要执行两个f,g两操作，先将fg合并成一个K操作，然后a直接执行K，得到 a=20

问题：f和g合并成了K，那么可以合并的函数需要符合什么条件呢？下面就讲到了纯函数的这个概念。

1.2 纯函数

定义：一个函数如果输入参数确定，输出结果是唯一确定的，那么他就是纯函数。
特点：无状态，无副作用，无关时序，幂等（无论调用多少次，结果相同）

下面哪些是纯函数 ?

let arr = [1,2,3];                                            
arr.slice(0,3);                                               //是纯函数
arr.splice(0,3);                                              //不是纯函数，对外有影响

function add(x,y){                                           // 是纯函数   
   return x + y                                              // 无状态，无副作用，无关时序，幂等
}                                                            // 输入参数确定，输出结果是唯一确定

let count = 0;                                               //不是纯函数 
function addCount(){                                         //输出不确定
    count++                                                  // 有副作用
}

function random(min,max){                                    // 不是纯函数     
    return Math.floor(Math.radom() * ( max - min)) + min     // 输出不确定
}                                                            // 但注意它没有副作用


function setColor(el,color){                                  //不是纯函数 
    el.style.color =  color ;                                 //直接操作了DOM，对外有副作用
}

是不是很简单，接下来我们加一个需求？
如果最后一个函数，你希望批量去操作一组li并且还有许多这样的需求要改，写一个公共函数？

function change (fn , els , color){
    Array.from(els).map((item)=>(fn(item,color)))
}
change(setColor,oLi,"blue")

那么问题来了这个函数是纯函数吗？

首先无论输入什么，输出都是undefined,接下来我们分析一下对外面有没有影响，我们发现，在函数里并没有直接的影响，但是调用的setColor对外面产生了影响。那么change到底算不算纯函数呢？

答案是当然不算，这里我们强调一点，纯函数的依赖必须是无影响的，也就是说，在内部引用的函数也不能对外造成影响。

问题：那么我们有没有什么办法，把这个函数提纯呢？

1.3 柯里化（curry）

定义：只传递给函数一部分参数来调用它，让它返回一个函数去处理剩下的参数。

javascript 
function add(x, y) {
     return x + y;
}
add(1, 2)
 
******* 柯里化之后 *************
  
function addX(y) {
   return function (x) { 
    return x + y;
   }; 
}
var newAdd =  addX(2) 
 newAdd (1)

现在我们回过头来看上一节的问题？
如果我们不让setColor在change函数里去执行，那么change不就是纯函数了吗？

javascript    
function change (fn , els , color){
    Array.from(els).map((item)=>(fn(item,color)))
}
change(setColor,oLi,"blue")

****** 柯里化之后 *************

function change(fn){
    return function(els,color){
        Array.from(els).map((item)=>(fn(item,color)))
    }
}
var newSetColor = change(setColor);
newSetColor(oLi,"blue")

我们先分析柯里化（curry）过程。在之前change函数中fn , els , color三个参数，每次调用的时候我们都希望参数fn值是 setColor，因为我们想把不同的颜色給到不同的DOM上。我们的最外层的参数选择了fn，这样返回的函数就不用再输入fn值啦。
接下来我们分析提纯的这个过程，改写后无论fn输入是什么，都return出唯一确定的函数，并且在change这个函数中，只执行了return这个语句，setColor函数并未在change上执行，所以change对外也不产生影响。显然change这时候就是一个纯函数。
最后如果我们抛弃柯里化的概念，这里就是一个最典型的闭包用法而已。而change函数的意义就是我们可以通过它把一类setColor函数批量去改成像newSetColor这样符合新需求的函数。

上面那个例子是直接重写了change函数，能不能直接在原来change的基础上通过一个函数改成 newSetColor呢？

javascript    
function change (fn , els , color){
    Array.from(els).map((item)=>(fn(item,color)))
}
change(setColor,oLi,"blue")

//******* 通过一个curry函数*************

var changeCurry = curry(change);
var newSetColor = changeCurry(setColor);
newSetColor(oLi,"blue")

哇！真的有这种函数吗？当然作为帮助函数（helper function），lodash 或 ramda都有啊。我们在深入的系列的课程中会动（chao）手（xi）写一个。

问题：处理上一个问题时，我们将一个函数作为参数传到另一个函数中去处理，这好像在函数式编程中很常见，他们有什么规律吗？

1.4 高阶函数

定义：函数当参数，把传入的函数做一个封装，然后返回这个封装函数,达到更高程度的抽象。

很显然上一节用传入fn的change函数就是一个高阶函数，显然它是一个纯函数，对外没有副作用。可能这么讲并不能让你真正去理解高阶函数，那么我就举几个例子！

1.4.1 等价函数

定义：调用函数本身的地方都可以其等价函数；

javascript    
function __equal__(fn){
        return function(...args){
            return fn.apply(this,args);
        }
    }
//第一种
function add(x,y){
    return x + y
}
var addnew1 = __equal__(add);
console.log(add(1,2));
console.log(addnew1(1,2));

//第二种
let obj = {
      x : 1,
      y : 2,
      add : function (){
        console.log(this)
        return this.x + this.y  
      }
   }
   
var addnew2 = __equal__(obj.add);

console.log( obj.add() ) ;           //3
console.log( addnew2.call(obj));      //3

第一种不考虑this

equal(add):让等价（equal）函数传入原始函数形成闭包，返回一个新的函数addnew1
addnew1(1,2):addnew1中传入参数，在fn中调用，fn变量指向原始函数

第二种考虑this

addnew2.call(obj): 让__equal__函数返回的addnew2函数在obj的环境中执行,也就是fn.apply(this,args);中的父级函数中this,指向obj
fn.apply(this,args)中，this是一个变量，继承父级, 父级指向obj，所以在obj的环境中调用fn
fn是闭包形成指向obj.add

好了，看懂代码后，我们发现，这好像和直接把函数赋值给一个变量没啥区别，那么等价函数有什么好处呢？

等价函数的拦截和监控：

javascript    
function __watch__(fn){
        //偷偷干点啥
         return function(...args){
            //偷偷干点啥
            let ret = fn.apply(this,args);
            //偷偷干点啥
            return ret
         }
}

我们知道，上面本质就是等价函数，fn执行结果没有任务问题。但是可以在执行前后，偷偷做点事情，比如consle.log("我执行啦")。

问题：等价函数可以用于拦截和监控，那有什么具体的例子吗？

1.4.2 节流（throtle）函数

前端开发中会遇到一些频繁的事件触发，为了解决这个问题，一般有两种解决方案：

throttle 节流
debounce 防抖

javascript 

function throttle(fn,wait){
     var timer;
     return function(...args){
        if(!timer){
            timer = setTimeout(()=>timer=null , wait);
            console.log(timer)
            return fn.apply(this,args)
        }
     }
}

const fn  = function(){ console.log("btn clicked")}
const btn = document.getElementById('btn');
btn.onclick = throttle(fn , 5000);

分析代码

首先我们定义了一个timer
当timer不存在的时候，执行if判断里函数
setTimeout给timer 赋一个id值，fn也执行
如果继续点击，timer存在，if判断里函数不执行
当时间到时，setTimeout的回调函数清空timer，此时再去执行if判断里函数

所以，我们通过对等价函数监控和拦截很好的实现了节流（throtle）函数。而对函数fn执行的结果丝毫没有影响。这里给大家留一个作业，既然我们实现了节流函数，那么你能不能根据同样的原理写出防抖函数呢？

问题：哦，像这样节流函数，在我平时的项目中直接写就好了，你封装成这样一个函数似乎还麻烦了呢？

1.5 命令式与声明式

在平时，如果我们不借助方法函数去实现节流函数，我们可能会直接这么去实现节流函数。

  var timer;
  btn.onclick = function(){ 
   if(!timer){
      timer = setTimeout(()=>timer=null , 5000);
      console.log("btn clicked")
   }
}

那么与之前的高阶函数有什么区别呢？

很显然，在下面的这例子中，我们每次在需要做节流的时候，我们每次都需要这样重新写一次代码。告诉程序如何执行。而上面的高阶函数的例子，我们定义好了一个功能函数之后，我们只需要告诉程序，你要做什么就可以啦。

命令式：上面的例子就是命令式
声明式：高阶函数的例子就是声明式

那下面大家看看，如果遍历一个数组,打印出每个数组中的元素，如何用两种方法实现呢？

  //命令式
  var array = [1,2,3];
  for (i=0; i<array.length;i++){
    console.log(array[i])
  }
  
  //声明式
  array.forEach((i) => console.log(i))

看到forEach是不是很熟悉，原来我们早就在大量使用函数式编程啦。

这里我们可以先停下来从头回顾一下，函数式编程。

函数式编程，更关注的是动作，比如我们定义的节流函数，就是把节流的这个动作抽象出来。
所以这样的函数必须要输入输出确定且对外界没有，我们把这样的函数叫纯函数
对于不纯的函数提纯的过程中，用到了柯里化的方法。
我们柯里化过程中，我们传进去的参数恰恰是一个函数，返回的也是一个函数，这就叫高阶函数。
高阶函数往往能抽象写出像节流这样的功能函数。
声明式就是在使用这些功能函数

问题：现在我们对函数编程有了初步的了解，但还并没有感受到它的厉害，还记得我们之前讲到的纯函数可以合并吗？下一节，我们就去实现它

1.6 组合（compose）

function double(x) {
  return x * 2
}
function add5(x) {
  return x + 5
}
double(add5(1))

上面的代码我们实现的是完成了两个动作，不过我们觉得这样写double(add5(x))，不是很舒服。换一个角度思考，我们是不是可以把函数合并在一起。我们定义了一个compose函数

var compose = function(f, g) {
    return function(x) {
        return f(g(x));
    };
};

有了compose这个函数，显然我们可以把double和add5合并到一起

var numDeal =  compose(double,add5)
numDeal(1)

首先我们知道compose合并的double,add5是从右往左执行的
所以1先执行了加5，在完成了乘2

那么这时候就有几个问题，

这只使用与一个参数，如果是多个参数怎么办？有的同学已经想到了用柯里化
还有这只是两个函数，如果是多个函数怎么办。知道reduce用法的同学，可能已经有了思路。
compose是从从右往左执行，我想左往右行不行？当然，他还有个专门的名字叫管道（pipe）函数

这三道题我们留作思考题。我们在深入的专题里会去实现的哈。

问题：现在我们想完成一些功能都需要去合并函数，而且合并的函数还会有一定顺序，我们能不能像JQ的链式调用那样去处理数据呢。

1.7 函子（Functor）

讲到函子，我们首先回到我们的问题上来。之前我们执行函数通常是下面这样。

function double(x) {
  return x * 2
}
function add5(x) {
  return x + 5
}

double(add5(1))
//或者
var a = add5(5)
double(a)

那现在我们想以数据为核心，一个动作一个动作去执行。

 (5).add5().double()

显然，如果能这样执行函数的话，就舒服多啦。那么我们知道，这样的去调用要满足

(5)必须是一个引用类型，因为需要挂载方法。
引用类型上要有可以调用的方法

所以我们试着去给他创建一个引用类型

class Num{
       constructor (value) {
          this.value = value ;
       }      
       add5(){
           return this.value + 5
       }
       double(){
           return this.value * 2
       }
    }

var num = new Num(5);
num.add5()

我们发现这个时候有一个问题，就是我们经过调用后，返回的就是一个值了，我们没有办法进行下一步处理。所以我们需要返回一个对象。

class Num{
       constructor (value) {
          this.value = value ;
       }      
       add5 () {
           return  new Num( this.value + 5)
       }
       double () {
           return  new Num( this.value * 2)
       }
    }
var num = new Num(2);
num.add5 ().double ()

我们通过new Num ，创建了一个num 一样类型的实例
把处理的值，作为参数传了进去从而改变了this.value的值
我们把这个对象返了回去，可以继续调用方法去处理函数

我们发现，new Num( this.value + 5)，中对this.value的处理，完全可以通过传进去一个函数去处理

并且在真实情况中，我们也不可能为每个实例都创建这样有不同方法的构造函数，它们需要一个统一的方法。

class Num{
       constructor (value) {
          this.value = value ;
       }      
       map (fn) {
         return new Num(fn(this.value))
       }
    }
var num = new Num(2);
num.map(add5).map(double)

我们创建了一个map的方法，把处理的函数fn传了进去。这样我们就完美的实现啦，我们设想的功能啦。

最后我们整理一下，这个函数。

class Functor{
       constructor (value) {
          this.value = value ;
       }      
       map (fn) {
         return Functor.of(fn(this.value))
       }
    }
Functor.of = function (val) {
     return new Functor(val);
}

Functor.of(5).map(add5).map(double)

我们把原来的构造函数Num的名字改成了Functor
我们给new Functor(val);封住了一个方法Functor.of

现在Functor.of(5).map(add5).map(double)去调用函数。有没有觉得很爽。

哈哈，更爽的是，你已经在不知不觉间把函子的概念学完啦。上面这个例子总的Functor就是函子。现在我们来总结一下，它有那些特点吧。

Functor是一个容器，它包含了值，就是this.value.(想一想你最开始的new Num(5))
Functor具有map方法。该方法将容器里面的每一个值，映射到另一个容器。（想一想你在里面是不是new Num(fn(this.value)）
函数式编程里面的运算，都是通过函子完成，即运算不直接针对值，而是针对这个值的容器----函子。(想一想你是不是没直接去操作值)
函子本身具有对外接口（map方法），各种函数就是运算符，通过接口接入容器，引发容器里面的值的变形。（说的就是你传进去那个函数把this.value给处理啦）
函数式编程一般约定，函子有一个of方法，用来生成新的容器。（就是最后咱们整理了一下函数嘛）

嗯，这下明白什么是函子了吧。在初学函数编程时，一定不要太过于纠结概念。看到好多，教程上在讲函子时全然不提JavaScript语法。用生硬的数学概念去解释。

我个人觉得书读百遍，其义自见。对于编程范式的概念理解也是一样的，你先知道它是什么。怎么用。多写多练，自然就理解其中的含义啦。总抱着一堆概念看，是很难看懂的。

以上，函子（Functor）的解释过程，个人理解。也欢迎大家指正。

问题：我们实现了一个最通用的函子，现在别问问题，我们趁热打铁，再学一个函子

1.7.1 Maybe 函子

我们知道，在做字符串处理的时候，如果一个字符串是null, 那么对它进行toUpperCase(); 就会报错。

Functor.of(null).map(function (s) {
  return s.toUpperCase();
});

那么我们在Functor函子上去进行调用，同样也会报错。

那么我们有没有什么办法在函子里把空值过滤掉呢。

class Maybe{
       constructor (value) {
          this.value = value ;
       }      
       map (fn) {
          return this.value ? Maybe.of(fn(this.value)) : Maybe.of(null);
       }
    }
Maybe.of = function (val) {
     return new Maybe(val);
}

var a = Maybe.of(null).map(function (s) {
  return s.toUpperCase();
});

我们看到只需要把在中设置一个空值过滤，就可以完成这样一个Maybe函子。

所以各种不同类型的函子，会完成不同的功能。学到这，我们发现，每个函子并没有直接去操作需要处理的数据，也没有参与到处理数据的函数中来。

而是在这中间做了一些拦截和过滤。这和我们的高阶函数是不是有点像呢。所以你现在对函数式编程是不是有了更深的了解啦。

现在我们就用函数式编程做一个小练习：我们有一个字符串‘li’，我们希望处理成大写的字符串，然后加载到id为text的div上

   var str = 'li';
   Maybe.of(str).map(toUpperCase).map(html('text'))

如果在有编写好的Maybe函子和两个功能函数的时候，我们只需要一行代码就可以搞定啦

那么下面看看，我们的依赖函数吧。

  let ? = id => Maybe.of(document.getElementById(id));
  class Maybe{
     constructor(value){
          this.__value = value;   
     }
     map(fn){
      return this.__value ? Maybe.of(fn(this.__value)) : Maybe.of(null);
     }
     static of(value){
        return new Maybe(value);
     }
  }
  let toUpperCase = str => str.toUpperCase();
  let html = id => html => {
     ?(id).map(dom => {
        dom.innerHTML = html;
     });
  };

我们来分析一下代码

因为Maybe.of(document.getElementById(id)我们会经常用到，所以用双$封装了一下
然后是一个很熟悉的Maybe函子，这里of用的Class的静态方法
toUpperCase是一个普通纯函数（es6如果不是很好的同学，可以用babel ）编译成es5
html是一个高阶函数，我们先传入目标dom的id然后会返回一个函数将，字符串挂在到目标dom上

var html = function(id) {
   return function (html) {
      ?(id).map(function (dom) {
         dom.innerHTML = html;
      });
   };
};

大家再来想一个问题 Maybe.of(str).map(toUpperCase).map(html('text'))最后的值是什么呢？

我们发现最后没有处理的函数没有返回值，所以最后结果应该是 Maybe {__value: undefined}; 这里面给大家留一个问题，我们把字符串打印在div上之后想继续操作字符串该怎么办呢？

问题：在理解了函子这个概念之后，我们来学习本文最后一节内容。有没有很开心

1.8 Monad函子

Monad函子也是一个函子，其实很原理简单，只不过它的功能比较重要。那我们来看看它与其它的有什么不同吧。

我们先来看这样一个例子，手敲在控制台打印一下。

var a = Maybe.of( Maybe.of( Maybe.of('str') ) ) 
console.log(a);
console.log(a.map(fn));
console.log(a.map(fn).map(fn));

function fn(e){ return e.value }

我们有时候会遇到一种情况，需要处理的数据是 Maybe {value: Maybe}
显然我们需要一层一层的解开。
这样很麻烦，那么我们有没有什么办法得到里面的值呢

class Maybe{
       constructor (value) {
          this.value = value ;
       }      
       map (fn) {
          return this.value ? Maybe.of(fn(this.value)) : Maybe.of(null);
       }
       join ( ) {
          return this.value;
       }
    }
Maybe.of = function (val) {
     return new Maybe(val);
}

我们想取到里面的值，就把它用join方法返回来就好了啊。所以我给它加了一个join方法

var  a = Maybe.of( Maybe.of('str') ) 
console.log(a.join().map(toUpperCase))

所以现在我们可以通过，join的方法一层一层得到里面的数据,并把它处理成大写

现在你肯定会好奇为什么会产生Maybe.of( Maybe.of('str')) 结构呢？

还记得html那个函数吗？我们之前留了一个问题，字符串打印在div上之后想继续操作字符串该怎么办呢？

很显然我们需要让这个函数有返回值。

 let html = id => html => {
    return  ?(id).map(dom => {
        dom.innerHTML = html;
        return html
     });
  };

分析一下代码。

如果只在里面加 return html，外面函数并没有返回值
如果只在外面加return，则取不到html
所以只能里面外面都加
这就出现了 Maybe.of( Maybe.of('LI') )

那么这时候我们想，既然我们在执行的时候就知道，它会有影响，那我能不能在执行的时候，就把这个应该给消除呢。

class Maybe{
       constructor (value) {
          this.value = value ;
       }      
       map (fn) {
          return this.value ? Maybe.of(fn(this.value)) : Maybe.of(null);
       }
       join ( ){
          return this.value;
       }
       chain(fn) {
          return this.map(fn).join();
       }
    }

我们写了一个chain函数。首先它调用了一下map方法，执行结束后，在去掉一层嵌套的函子

所以在执行的时候，我们就可以这样去写。

 Maybe.of(str).map(toUpperCase).chain(html('text'))

这样返回的函数就是只有一层嵌套的函子啦。

学到这里我们已经把全部的函数式编程所涉及到概念都学习完啦。现在要是面试官拿这样一道题问题，答案是什么？是不是有点太简单啦。

var Container = function(x) { this.__value = x;  } 
Container.of = x => new Container(x);  

Container.prototype.map = function(f){  
      console.log(f)
     return Container.of(f(this.__value)) 
}  

Container.of(3).map(x=>x+1).map(x => 'Result is ' + x);
console.log(Container.of(3).map(x=>x+1).map(x => 'Result is ' + x))

但你会发现我们并没有具体纠结每一个概念上，而是更多的体现在可实现的代码上，而这些代码你也并不陌生。

哈哈，那你可能会问，我是不是学了假的函数式编程，并没有。因为我觉得函数式编程也是编程，最终都是要回归到日常项目的实践中。而应对不同难度的项目，所运用的知识当然也是不一样的，就好比造船，小船有小船的造法，邮轮有油轮的造法，航母有航母的造法。你没有必要把全部的造船知识点，逐一学完才开始动手。日常况且在工作中，你可能也并有真正的机会去造航母（比如写框架）。与其把大量的时间都花在理解那些概念上，不如先动手造一艘小船踏实。所以本文中大量淡化了不需要去立即学习的概念。

现在，当你置身在函数式编程的那片海中，看见泛起的一叶叶扁舟，是不是不再陌生了呢？

是不是在海角和天边，还划出一道美丽的曲线？

那么接下来我们会动手实践一个Underscore.js 的库。进一步深入每个细节去了解函数式编程。学习更多的技巧。

最后本文是我学习函数式编程的笔记，写的时候经常自言自语，偶尔还安慰自己。如果有错的地方，欢迎大家批评指正。

文章最后总结的上面的答案是有的，不过现在还在我心中，等我有时间在写啊啊啊。。。。