什么是函数式编程?

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今日想法: 带着问题去学习。

  1. 什么是函数式编程
  2. 为什么要学习函数式编程
  3. 函数式编程的特性
  4. 函数式编程应该怎么用,用在哪里
  5. 怎样提高函数式编程的效率(避免重复造轮子)

什么是函数式编程?

函数式编程(Function Programming,简写 FP ),和面对对象编程,面向过程编程一样,是一种编程范式。

  • 面向对象编程: 把现实世界的事物和事务抽象成程序世界中的类和对象,通过封装继承多态来演示事物事件的联系。
  • 函数式编程: 把现实世界的事物和事物之间的联系抽象到程序世界,抽象的是运算过程。函数式编程中的函数不是程序中的函数,而是数学中的函数(映射关系),例如:y = sin(x). 函数式编程用来描述数据之间的映射,相同的输入始终要得到相同的输出。

以上是函数式编程在程序上的解释,函数式编程最早提出是在数学领域,具体描述可查看相关资料部分的文章链接。

// 面向过程
let num1 = 1;
let num2 = 2;
let sum = num1 + num2;
console.log(sum)

//函数式
function add(n1, n2){
    return n1 + n2;
}
let sum = add(2,1);
console.log(sum)
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为什么要学习函数式编程

函数式编程只是一种编程范式,并不是一种明确规定必须使用的编程方式,如果用这种范式可以让开发更加便捷,产出更加稳健,那肯定会受到社区的追捧,虽然现在 js 一把梭就可以搞完所有东西,但是有更好用的轮子可以跑的更快,谁又愿意继续先修路再前进呢。

函数式编程随着 React 的流行受到越来越多的关注,Vue 3 也开始拥抱函数式编程。在系统复杂到一定程度以后,函数式编程可以让代码更加简洁,开发更加快速,代码迭代更新、重构更加容易,并且函数式相同输入一定得到相同输出,让代码更容易进行单元测试和问题定位。

  • React、Vue 开始拥抱函数式编程,函数式编程的技能会是工作中必备的技能
  • 抛弃 this,相同输入一定得到相同输出,专注计算和过程,让代码更容易理解
  • 方便测试、方便问题定位、方便并行处理
  • 代码优化:打包过程中,可以更好的利用 tree shaking 过滤无用代码
  • 有丰富的轮子:lodash、underscore、ramda

函数式编程的特性

  • 函数是一等公民
  • 高阶函数
  • 闭包

函数是一等公民

MDNFirst-class Function(头等函数) - 术语表 | MDN (mozilla.org)

  • 函数可以存储在变量中
  • 函数作为参数
  • 函数作为返回值

在 JavaScript 中函数就是一个普通的对象 (可以通过 new Function() ),我们可以把函数存储到变量/ 数组中,它还可以作为另一个函数的参数和返回值,甚至我们可以在程序运行的时候通过 new Function('alert(1)') 来构造一个新的函数。

  • 把函数赋值给变量
// 把函数赋值给变量
let fn = function () {
	console.log('Hello First-class Function')
}
fn()
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既然如此,我们可以对一些原有的代码进行优化

// 一个示例
const BlogController = {
    index (posts) { return Views.index(posts) },
    show (post) { return Views.show(post) },
    create (attrs) { return Db.create(attrs) },
    update (post, attrs) { return Db.update(post, attrs) },
    destroy (post) { return Db.destroy(post) }
}

// 优化后,将 Views 的方法直接赋值给方法
const BlogController = {
    index: Views.index,
    show: Views.show,
    create: Db.create,
    update: Db.update,
    destroy: Db.destroy
}
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函数是一等公民,是后面学习高阶函数、柯里化等函数式编程的基础

高阶函数

什么是高阶函数

高阶函数,可以把函数作为参数传递给另外一个函数,可以把函数当作结果进行返回。

  • 函数作为参数
// forEach
function forEach(array,fn){
	for(let i = 0; i < array.length; i++){
		fn(array[i])
	}
}

// filter
function filter(array, fn){
    let result = [];
    for (let i = 0; i < array.length; i++){
        if(fn(array[i])){
            result.push(array[i])
        }
    }
    return result
}

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测试代码

//forEach
let arr1 = [1,2,3,4,5,6];

forEach(arr1, function(item){
	console.log(item);
})

//filter
let arr2 = [1,2,3,4,5,6]
let r = filter(arr2, function(item){
    return item % 2 == 0;
})
console.log(r)
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  • 函数作为返回值
function makeFn(){
    let msg = 'hi funciton';
    return function(){
        console.log(msg)
    }
}

const fn = makeFn();
fn();
makeFn()(); 
  
//once
function once(fn){
    let done = false;
    return function(){
        if(!done){
            done = true;
            return fn.apply(this, arguments)
        }
    }
}
let pay = once(function (money){
    console.log(`支付:${money}元`)
})

//只会执行一次
pay(10);
pay(10);
pay(10);
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使用高阶函数的意义

  1. 抽象可以帮助我们屏蔽细节,只需要关注我们想要实现的目标
  2. 高阶函数可以用来抽象通用的问题,减少重复代码

常用的高阶函数

forEach,map,filter,every,some,find/findIndex,redouce,sort

const map = (array, fn) => {
    let result = [];
    for (const item of array) {
        result.push(fn(item))
    }
    return result
}

const every = (array, fn) => {
    let result = true;
    for (const item of array) {
        if (!fn(item)) {
            result = false;
            break
        }
    }
    return result
}

const find = (array, fn) => {
    let result;
    for (const item of array) {
        if (fn(item)) {
            result = item
            break
        }
    }
    return result
}
const reduce = (array, fn, initialValue) => {
    if (!array.length) {
        return;
    }
    let res = initialValue || array[0];
    for (let i = initialValue ? 0 : 1; i < array.length; i++) {
        res = fn(res, array[i], i, array)
    }
    return res
}

let a = [1, 2, 4, 3, 4, 2, 5, 6]
console.log(every(a, item => item > 0))
console.log(map(a, item => item + 1))
console.log(find(a, item => item > 3))
console.log(reduce(a, (item1, item2) => item1 + item2,10))
console.log(reduce([1,2,3,4,4,5,5,7,1,5,4,8],(prev,item)=>{
    !prev.includes(item) && prev.push(item);
    return prev;
},[]))

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闭包

函数和其周围状态(词法环境)的引用捆绑在一起,形成闭包

  • 可以在另一个作用域中,调用一个函数的内部函数,并访问到该函数作用域中的成员。
// 函数作为返回值
function makeFn () {
    let msg = 'Hello function'
    return function () {
	    console.log(msg)
    }
}
const fn = makeFn()
fn()

//fn 可以访问到 makeFn 中的匿名函数,并且可以访问到 makeFn 作用域中的 msg 变量
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  • 闭包的本质:函数在执行的时候会放到一个执行栈上当函数执行完毕之后会从执行栈上移除,但是 堆上的作用域成员因为被外部引用不能释放,因此内部函数依然可以访问外部函数的成员
// 生成计算数字的多少次幂的函数
function makePower (power) {
    return function (x) {
        return Math.pow(x, power)
    }
}
let power2 = makePower(2)
let power3 = makePower(3)
//类似于工厂模式,返回多种具有特定功能的函数
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纯函数

相同的输入永远会得到相同的输出,且没有任何可观测的副作用。 类似于数学中的函数,相同的输入永远只有相同的输出( y = f(x) )。

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函数式编程不会保留计算中间的结果,所以变量是无状态的(不可变的)

函数式编程的执行结果可以交给另一个函数去处理(类似于jQuery的链式编程)

例如:array 的 slicesplice 就分别是纯函数和不纯的函数。

  • slice 返回数组中的指定部分,会返回一个新数组,不会改变原数组

  • splice 对数组进行操作,并返回该数组,会改变原数组

函数式编程的好处

  1. 可缓存: 纯函数对相同的输入始终有相同的输出,所以把纯函数的结果缓存起来

    function memoize(f) {
        let cache = {}
        return function () {
            let key = JSON.stringify(arguments);
            cache[key] = cache[key] || f.apply(f, arguments);
            return cache[key]
        }
    }
    
    function getArea(r) {
        console.log(r);
        return Math.PI * r * r
    }
    
    let f = memoize(getArea);
    
    console.log(f(6))
    console.log(f(6))
    
    // 通过 memoize 函数,将 getArea 函数相同 arguments 的函数处理返回值以 arguments 字符串为 key,缓存到 cache 对象中,下次再次调用相同argument 参数的 getArea function 时,直接读取缓存,不再重新计算
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  2. 可测试

    纯函数相同输入相同输入,可以更加方便的测试

  3. 并行处理

    纯函数不需要访问共享的内存数据,在并行的环境下(Web Worker),可以任意运行纯函数

副作用

纯函数:对于相同的输入永远会得到相同的输出,而且没有任何可观察的副作用

// 不纯的
let mini = 18
function checkAge (age) {
	return age >= mini
}

// 纯的(有硬编码,后续可以通过柯里化解决)
function checkAge (age) {
    let mini = 18
    return age >= mini
}
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如果函数依赖于外部的状态无法保证相同的输出,就会产生副作用。

副作用的一些来源:

  • 配置文件
  • 数据库
  • 用户输入

所有的外部交互都有可能带来副作用,副作用使得方法通用性下降,不适合扩展和可重用性,并且会给程序中带来安全隐患和不确定性,但是副作用不可能完全禁止,只能尽可能控制它们在可控范围内发生。

相关资料

函数式编程的早期历史 - 知乎 (zhihu.com)

傻瓜函数式编程

阮一峰:函数式编程初探

分类:
前端