RxJS 系列之一 - Functional Programming 简介

阿宝哥
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什么是函数式编程

简单说，"函数式编程"是一种 "编程范式"（programming paradigm），也就是如何编写程序的方法论。

它属于 "结构化编程" 的一种，主要思想是把运算过程尽量写成一系列嵌套的函数调用。举例来说，现在有这样一个数学表达式：

(5+6) - 1 * 3

传统的过程式编程，可能这样写：

var a = 5 + 6;
var b = 1 * 3;
var c = a - b;

函数式编程要求使用函数，我们可以把运算定义成不同的函数：

const add = (a, b) => a + b;
const mul = (a, b) => a * b;
const sub = (a,b) => a - b;

sub(add(5,6), mul(1,3));

我们把每个运算包成一个个不同的函数，并且根据这些函数组合出我们要的结果，这就是最简单的函数式编程。

函数式编程基础条件

函数为一等公民 (First Class)

所谓 "一等公民"（first class），指的是函数与其他数据类型一样，处于平等地位，可以赋值给其他变量，也可以作为参数，传入另一个函数，或者作为其它函数的返回值。

函数赋值给变量：

const greet = function(msg) { console.log(`Hello ${msg}`); }
greet('Semlinker'); // Output: 'Hello Semlinker'

函数作为参数：

const logger = function(msg) { console.log(`Hello ${msg}`); };
const greet = function(msg, print) { print(msg); };
greet('Semlinker', logger);

函数作为返回值：

const a = function(a) {
  return function(b) {
    return a + b;
  };
};
const add5 = a(5);
add5(10); // Output: 15

函数式编程重要特性

只用表达式，不用语句

"表达式"（expression）是一个单纯的运算过程，总是有返回值；"语句"（statement）是执行某种操作，没有返回值。函数式编程要求，只使用表达式，不使用语句。也就是说，每一步都是单纯的运算，而且都有返回值。

原因是函数式编程的开发动机，一开始就是为了处理运算（computation），不考虑系统的读写（I/O）。"语句"属于对系统的读写操作，所以就被排斥在外。

Pure Function

Pure Function (纯函数) 的特点：

  • 给定相同的输入参数，总是返回相同的结果
  • 没有产生任何副作用
  • 没有依赖外部变量的值

所谓 "副作用")（side effect），是指函数内做了与本身运算无关的事，比如修改某个全局变量的值，或发送 HTTP 请求，甚至函数体内执行 console.log 都算是副作用。函数式编程强调函数不能有副作用，也就是函数要保持纯粹，只执行相关运算并返回值，没有其他额外的行为。

前端中常见的产生副作用的场景：

  • 发送 HTTP 请求
  • 函数内调用 logger 函数，如 console.log、console.dir 等
  • 修改外部变量的值
  • 函数内执行 DOM 操作

接下来我们看一下纯函数与非纯函数的具体示例：

纯函数示例：

const double = (number) => number * 2;
double(5);

非纯函数示例：

Math.random(); // => 0.3384159509502669
Math.random(); // => 0.9498302571942787
Math.random(); // => 0.9860841663478281

不修改状态 - 利用参数保存状态

函数式编程只是返回新的值，不修改系统变量。因此，不修改变量，也是它的一个重要特点。

在其他类型的语言中，变量往往用来保存"状态"（state）。不修改变量，意味着状态不能保存在变量中。函数式编程使用参数保存状态，最好的例子就是递归，具体示例如下：

function findIndex(arr, predicate, start = 0) {
    if (0 <= start && start < arr.length) {
        if (predicate(arr[start])) {
            return start;
        }
        return findIndex(arr, predicate, start+1);
    }
}
findIndex(['a', 'b'], x => x === 'b'); // 查找数组中'b'的索引值

示例中的 findIndex 函数用于查找数组中某个元素的索引值，我们通过 start 参数来保存当前的索引值，这就是利用参数保存状态。

引用透明

引用透明（Referential transparency），指的是函数的运行不依赖于外部变量或 "状态"，只依赖于输入的参数，任何时候只要参数相同，引用函数所得到的返回值总是相同的。

非引用透明的示例：

const FIVE = 5;
const addFive = (num) => num + FIVE;
addFive(10);

函数式编程的优势

1.代码简洁，开发快速

函数式编程大量使用函数，减少了代码的重复，因此程序比较短，开发速度较快。

2.接近自然语言，易于理解，可读性高

函数式编程的自由度很高，可以写出很接近自然语言的代码。我们可以通过一系列的函数，封装数据的处理过程，代码会变得非常简洁且可读性高，具体参考以下示例：

[1,2,3,4,5].map(x => x * 2).filter(x => x > 5).reduce((p,n) => p + n);

3.可维护性高、方便代码管理

函数式编程不依赖、也不会改变外界的状态，只要给定输入参数，返回的结果必定相同。因此，每一个函数都可以被看做独立单元，很有利于进行单元测试（unit testing）和除错（debugging），以及模块化组合。

4.易于"并发编程"

函数式编程不需要考虑"死锁"（deadlock），因为它不修改变量，所以根本不存在"锁"线程的问题。不必担心一个线程的数据，被另一个线程修改，所以可以很放心地把工作分摊到多个线程，部署"并发编程"（concurrency）。

函数式编程中常用方法

forEach

在 ES 5 版本之前，我们只能通过 for 循环遍历数组：

var heroes = ['Windstorm', 'Bombasto', 'Magneta', 'Tornado'];
for (var i =0, len = heroes.length; i < len; i++) {
  console.log(heroes[i]);
}

在 ES 5 版本之后，我们可以使用 forEach 方法，实现上面的功能：

forEach 方法签名：

array.forEach(callback[, thisArg])

参数说明：

  • callback - 对数组中每一项，进行处理的函数
    • currentValue - 数组中正在处理的当前元素
    • index - 数组中正在处理的当前元素的索引
    • array - 处理的数组
  • thisArg (可选的) - 设置执行 callback 函数时，this 的值

以上示例 forEach 方法实现：

var heroes = ['Windstorm', 'Bombasto', 'Magneta', 'Tornado'];
heroes.forEach(name => console.log(name));

map

在 ES 5 版本之前，对于上面的示例，如果我们想给每个英雄的名字添加一个前缀，但不改变原来的数组，我们可以这样实现：

var heroes = ['Windstorm', 'Bombasto', 'Magneta', 'Tornado'];
var prefixedHeroes = [];
for (var i =0, len = heroes.length; i < len; i++) {
  prefixedHeroes.push('Super_' + heroes[i]);
}

在 ES 5 版本之后，我们可以使用 map 方法，方便地实现上面的功能。

map 方法签名：

const new_array = arr.map(callback[, thisArg])

参数说明：

  • callback - 对数组中每一项，进行映射处理的函数
    • currentValue - 数组中正在处理的当前元素
    • index - 数组中正在处理的当前元素的索引
    • array - 处理的数组
  • thisArg (可选的) - 设置执行 callback 函数时，this 的值

以上示例 map 方法实现：

var heroes = ['Windstorm', 'Bombasto', 'Magneta', 'Tornado'];
var prefixedHeroes = heroes.map(name => 'Super_' + name);

filter

在 ES 5 版本之前，对于 heroes 数组，我们想获取名字中包含 m 字母的英雄，我们可以这样实现：

var heroes = ['Windstorm', 'Bombasto', 'Magneta', 'Tornado'];
var filterHeroes = [];
for (var i =0, len = heroes.length; i < len; i++) {
  if(/m/i.test(heroes[i])) {
    filterHeroes.push(heroes[i]);
  }
}

在 ES 5 版本之后，我们可以使用 filter 方法，方便地实现上面的功能。

filter 方法签名：

var new_array = arr.filter(callback[, thisArg])

参数说明：

  • callback - 用来测试数组的每个元素的函数。调用时使用参数 (element, index, array)。返回true表示保留该元素（通过测试），false则不保留。
  • thisArg (可选的) - 设置执行 callback 函数时，this 的值

以上示例 filter 方法实现：

var heroes = ['Windstorm', 'Bombasto', 'Magneta', 'Tornado'];
var filterRe = /m/i;
var filterHeroes = heroes.filter(name => filterRe.test(name));

参考资源

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