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编程范式 —— 函数式编程入门

该系列会有 3 篇文章,分别介绍什么是函数式编程、剖析函数式编程库、以及函数式编程在 React 中的应用,欢迎关注我的 blog

命令式编程和声明式编程

拿泡茶这个事例进行区分命令式编程和声明式编程

  • 命令式编程

1.烧开水(为第一人称) 2.拿个茶杯 3.放茶叶 4.冲水

  • 声明式编程

1.给我泡杯茶(为第二人称)

举个 demo

// 命令式编程
const convert = function(arr) {
  const result = []
  for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
    result[i] = arr[i].toLowerCase()
  }
  return result
}

// 声明式编程
const convert = function(arr) {
  return arr.map(r => r.toLowerCase())
}
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什么是函数式编程

函数式编程是声明式编程的范式。在函数式编程中数据在由纯函数组成的管道中传递。

函数式编程可以用简单如交换律、结合律、分配律的数学之法来帮我们简化代码的实现。

它具有如下一些特性:

  • 纯粹性: 纯函数不改变除当前作用域以外的值;
// 反面示例
let a = 0
const add = (b) => a = a + b // 两次 add(1) 结果不一致

// 正确示例
const add = (a, b) => a + b
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  • 数据不可变性: Immutable
// 反面示例
const arr = [1, 2]
const arrAdd = (value) => {
  arr.push(value)
  return arr
}

arrAdd(3) // [1, 2, 3]
arrAdd(3) // [1, 2, 3, 3]

// 正面示例
const arr = [1, 2]
const arrAdd = (value) => {
  return arr.concat(value)
}

arrAdd(3) // [1, 2, 3]
arrAdd(3) // [1, 2, 3]
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在后记 1 中对数组字符串方法是否对原值有影响作了整理

  • 函数柯里化: 将多个入参的函数转化为一个入参的函数;
const add = a => b => c => a + b + c
add(1)(2)(3)
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  • 偏函数: 将多个入参的函数转化成两部分;
const add = a => (b, c) => a + b + c
add(1)(2, 3)
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  • 可组合: 函数之间能组合使用
const add = (x) => x + x
const mult = (x) => x * x

const addAndMult = (x) => add(mult(x))
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柯里化(curry)

如下是一个加法函数:

var add = (a, b, c) => a + b + c

add(1, 2, 3) // 6
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假如有这样一个 curry 函数, 用其包装 add 函数后返回一个新的函数 curryAdd, 我们可以将参数 a、b 进行分开传递进行调用。

var curryAdd = curry(add)

// 以下输出结果都相同
curryAdd(1, 2, 3) // 6
curryAdd(1, 2)(3) // 6
curryAdd(1)(2)(3) // 6
curryAdd(1)(2, 3) // 6
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动手实现一个 curry 函数

核心思路: 若传进去的参数个数未达到 curryAdd 的个数,则将参数缓存在闭包变量 lists 中:

function curry(fn, ...args) {
  const length = fn.length
  let lists = args || []

  let listLen
  return function (..._args) {
    lists = [...lists, ..._args]
    listLen = lists.length

    if (listLen < length) {
      const that = lists
      lists = []
      return curry(fn, ...that)
    } else if (listLen === length) {
      const that = lists
      lists = []
      return fn.apply(this, that)
    }
  }
}
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代码组合(compose)

现在有 toUpperCasereversehead 三个函数, 分别如下:

var toUpperCase = (str) => str.toUpperCase()
var reverse = (arr) => arr.reverse()
var head = (arr) => arr[0]
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接着使用它们实现将数组末位元素大写化输出, 可以这样做:

var reverseHeadUpperCase = (arr) => toUpperCase(head(reverse(arr)))

reverseHeadUpperCase(['apple', 'banana', 'peach']) // "PEACH"
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此时在构建 reverseHeadUpperCase 函数的时候, 必须手动声明传入参数 arr, 是否能提供一个 compose 函数让使用者更加友好的使用呢? 类似如下形式:

var reverseHeadUpperCase = compose(toUpperCase, head, reverse)

reverseHeadUpperCase(['apple', 'banana', 'peach']) // "PEACH"
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此外 compose 函数符合结合律, 我们可以这样子使用:

compose(compose(toUpperCase, head), reverse)
compose(toUpperCase, compose(head, reverse))
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以上两种写法与 compose(toUpperCase, head, reverse) 的效果完全相同, 都是依次从右到左执行传参中的函数。

此外 composemap 一起使用时也有相关的结合律, 以下两种写法效果相等

compose(map(f), map(g))
map(compose(f, g))
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动手实现一个 compose 函数

代码精华集中在一行之内, 其为众多开源库(比如 Redux) 所采用。

var compose = (...args) => (initValue) => args.reduceRight((a, c) => c(a), initValue)
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范畴论

范畴论是数学中的一个分支。可以将范畴理解为一个容器, 把原来对值的操作,现转为对容器的操作。如下图:

学习函数式编程就是学习各种函子的过程。

函数式编程中, 函子(Functor) 是实现了 map 函数的容器, 下文中将函子视为范畴,模型可表示如下:

class Functor {
  constructor(value) {
    this.value = value
  }

  map(fn) {
    return new Functor(fn(this.value))
  }
}
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但是在函数式编程中, 要避免使用 new 这种面向对象的编程方式, 取而代之对外暴露了一个 of 的接口, 也称为 pointed functor

Functor.of = value => new Functor(value)
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Maybe 函子

Maybe 函子是为了解决 this.value 为 null 的情形, 用法如下:

Maybe.of(null).map(r => r.toUpperCase()) // null
Maybe.of('m').map(r => r.toUpperCase())  // Maybe {value: "M"}
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实现代码如下:

class Maybe {
  constructor(value) {
    this.value = value
  }

  map(fn) {
    return this.value ? new Maybe(fn(this.value)) : null
  }
}

Maybe.of = value => new Maybe(value)
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Either 函子

Either 函子 是为了对应 if...else... 的语法, 即非左即右。因此可以将之拆分为 LeftRight 两个函子, 它们的用法如下:

Left.of(1).map(r => r + 1)  // Left {value: 1}

Right.of(1).map(r => r + 1) // Right {value: 2}
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Left 函子实现代码如下:

class Left {
  constructor(value) {
    this.value = value
  }

  map(fn) {
    return this
  }
}

Left.of = value => new Left(value)
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Right 函子实现代码如下(其实就是上面的 Functor):

class Right {
  constructor(value) {
    this.value = value
  }

  map(fn) {
    return new Right(fn(this.value))
  }
}

Right.of = value => new Right(value)
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具体 Either 函数只是对调用 Left 函子Right 函子 作一层筛选, 其接收 fg 两个函数以及一个函子(Left or Right)

var Either = function(f, g, functor) {
  switch(functor.constructor) {
    case 'Left':
      return f(functor.value)
    case 'Right':
      return g(functor.value)
    default:
      return f(functor.value)
  }
}
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使用 demo:

Either((v) => console.log('left', v), (v) => console.log('def', v), left)   // left 1
Either((v) => console.log('rigth', v), (v) => console.log('def', v), rigth) // rigth 2
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Monad 函子

函子会发生嵌套, 比如下面这样:

Functor.of(Functor.of(1)) // Functor { value: Functor { value: 1 } }
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Monad 函子 对外暴露了 joinflatmap 接口, 调用者从而可以扁平化嵌套的函子。

class Monad {
  constructor(value) {
    this.value = value
  }

  map(fn) {
    return new Monad(fn(this.value))
  }

  join() {
    return this.value
  }

  flatmap(fn) {
    return this.map(fn).join()
  }
}

Monad.of = value => new Monad(value)
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使用方法:

// join
Monad.of(Monad.of(1).join()) // Monad { value: 1 }
Monad.of(Monad.of(1)).join() // Monad { value: 1 }

// flatmap
Monad.of(1).flatmap(r => r + 1)  // 2
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Monad 函子可以运用在 I/O 这种不纯的操作上将之变为纯函数的操作,目前比较懵懂,日后补充。

后记 1: 数组字符串方法小结(是否对原值有影响)

不会对原数组有影响的方法

slice
var test = [1, 2, 3]
var result = test.slice(0, 1)

console.log(test)   // [1, 2, 3]
console.log(result) // [1]
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concat
var test = [1, 2, 3]
var result = test.concat(4)

console.log(test)   // [1, 2, 3]
console.log(result) // [1, 2, 3, 4]
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对原数组有影响的方法

splice(这个需要特别记一下)
var test = [1, 2, 3]
var result = test.splice(0, 1)

console.log(test)   // [2, 3]
console.log(result) // [1]
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sort
var arr = [2, 1, 3, 4]
arr.sort((r1, r2) => (r1 - r2))

console.log(arr) // [1, 2, 3, 4]
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reverse
var test = [1, 2, 3]
var result = test.reverse()

console.log(test)   // [3, 2, 1]
console.log(result) // [3, 2, 1]
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push/pop/unshift/shift
var test = [1, 2, 3]
var result = test.push(4)

console.log(test)   // [1, 2, 3, 4]
console.log(result) // 4
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不会对原字符串造成影响的方法

substr/substring/slice
// substr
var test = 'abc'
var result = test.substr(0, 1)

console.log(test)   // 'abc'
console.log(result) // a

// substring
var test = 'abc'
var result = test.substring(0, 1)

console.log(test)   // 'abc'
console.log(result) // a

// slice
var test = 'abc'
var result = test.slice(0, 1)

console.log(test)   // 'abc'
console.log(result) // a
复制代码

参考

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