函数式编程

为什么要学习函数式编程

为什么用不好函数式编程

想象一下自己是一个伐木工人,拿着斧头砍树,突然有人拿着电锯给我们砍树,而我们依旧按照斧子的方法用电锯,很快电锯被用坏了,然后我们抱怨这东西真差.

习惯于命令式编程的我们也拿着命令式的方式处理函数式编程

学习一种全新的编程范式,困难并不在于掌握新的语言.语法只是小细节,真正考验人的,是学会用另一种方式去思考.

范式转变

先上一段代码吧,对比一下传统编程和函数式编程

题目: 读入一个文本文件,确定所有单词的使用频率从高到低的使用频率排序

传统做法:

public class Words {
    /**
     * 虚词集合
     */
    private Set<String> NON_WORDS = new HashSet<>(){{
        add("the");add("and");add("of");add("to");add("a");
        add("i");add("it");add("in");add("or");add("is");
        add("i");add("s");add("as");add("so");add("but");add("be");
    }};

    public Map<String,Integer> wordFreq(String words){
        Map<String, Integer> wordMap = new TreeMap<>();
        Matcher m = Pattern.compile("\\w+").matcher(words);
        while (m.find()){
            String word = m.group().toLowerCase();
            if(!NON_WORDS.contains(word)){
                if(wordMap.get(word) == null){
                    wordMap.put(word,1);
                } else {
                    wordMap.put(word,wordMap.get(word) + 1);
                }
            }
        }
        return wordMap;
    }
}

函数式做法:

采用了java8中Stream API 和以lambda块方式实现高阶函数

public class Words {

    /**
     * 虚词集合
     */
    private Set<String> NON_WORDS = new HashSet<>(){{
        add("the");add("and");add("of");add("to");add("a");
        add("i");add("it");add("in");add("or");add("is");
        add("i");add("s");add("as");add("so");add("but");add("be");
    }};
  
    private List<String> regexToList(String words,String regex){
        List<String> wordList = new ArrayList<>();
        Matcher m = Pattern.compile(regex).matcher(words);
        while(m.find()){
            wordList.add(m.group());
        }
        return wordList;
    }

    public Map<String> wordFred1(String words){

        TreeMap<String,Integer> wordMap = new TreeMap<>();
        regexToList(words,"\\w+").stream()
                .map(w -> w.toCharArray())
                .filter(w -> !NON_WORDS.contains(w))
                .forEach(w -> wordMap.put(w,wordMap.getOrDefault(w,0) + 1));

        return wordMap;
    }


}

对比一下,两种写法: 第一种写法牺牲了代码的清晰来换取执行性能第二种写法在性能上确实惨不忍睹,先经find产生的匹配结果转换成stream,然后再一步一步往下走,把原先一个循环转成了三次循环

命令式编程常常迫使我们处于性能考虑,把不同的任务交织起来,以便能够用一次循环来完成多个任务

而函数式编程用 map(), filter() 这些高阶函数把我们解放出来,让我们站在更高的抽象层次上去考虑问题,把问题看得更清楚

跟上语言发展的潮流

现在主流语言都进行了函数式方面的扩展,java也通过纳入 lambda 块(也就是高阶函数) 实现了函数式编程

将控制权让渡给语言/运行时

人总是越来越懒,从第一代编程语言发展到第四代编程语言,开发者们越来越多地把乏味单调的任务托付给语言和运行时(如Java中的泛型)

放弃例如内存管理,垃圾回收这类工作,把时间花在更高层次的抽象上,专注于更重要的问题,

函数式编程语言用高阶抽象从容取代基本的控制结构,将琐碎的细节交托给运行时,令繁琐的实现化作轻巧

简洁

**面向对象编程通过封装不确定因素来使代码能被人理解; 函数式编程通过尽量减少不确定因素来使代码能被人理解 ** —— working with legacy code 作者 Michael Feathers

所谓 不确定因素 就是为了精细地控制状态和改变方法而存在的封装,作用域,可见性等OOP的构造,以及多线程中对状态的控制.

而在函数式语言在这个问题上采用了另一种做法,他们认为,与其建立种种机制来控制可变状态,不如尽可能消灭可变的状态这个不确定因素.

其立论的根据在于 假如语言不对外暴露那么多有出错可能的特性,那么开发者就不那么容易犯错 这刚好很像 本质安全性 这个概念

在面向对象的命令式编程语言里,重用的单元是类和类之间沟通用的消息,例如UML中依赖,继承

OOP的世界提倡开发者针对具体问题建立专门的数据结构,相关的专门操作以方法的形式附加在数据结构上

而函数式编程语言实现重用的思路很不一样; 函数式语言提倡在有限的几种关键数据结构(如list set map)上运用针对这些数据结构高度优化过的操作,以此构成基本的运转机构; 开发者再根据具体用途,插入自己的数据结构和高阶函数去调整机构的运转方式.

OOP 不断创建新的数据结构和附属操作,因为压倒一切的面向对象编程范式就是建立新的类和类之间的消息把所有的数据结构都封装成类,一方面压制了方法层面的重用,另一方面鼓励了大粒度的框架式的重用

而函数式的程序构造更方便我们在比较细小的层面上重用代码.