編者按：本文轉(zhuǎn)載自公眾號(hào) 前端桃園

最開始接觸函數(shù)式編程的時(shí)候是在小米工作的時(shí)候，那個(gè)時(shí)候看老大以前寫的代碼各種 compose，然后一些 ramda 的一些工具函數(shù)，看著很吃力，然后極力吐槽函數(shù)式編程，現(xiàn)在回想起來，那個(gè)時(shí)候的自己真的是見識(shí)短淺，只想說,'真香'。

最近在研究函數(shù)式編程，真的是在學(xué)習(xí)的過程中感覺自己的思維提升了很多，抽象能力大大的提高了，讓我深深的感受到了函數(shù)式編程的魅力。所以我打算后面用 5 到 8 篇的篇幅，詳細(xì)的介紹一下函數(shù)式編程的思想，基礎(chǔ)、如何設(shè)計(jì)、測試等。

今天這篇文章主要介紹函數(shù)式編程的思想。

• 函數(shù)式編程有用嗎？

• 什么是函數(shù)式編程？

• 函數(shù)式編程的優(yōu)點(diǎn)。

面向?qū)ο缶幊?OOP)通過封裝變化使得代碼更易理解。
函數(shù)式編程(FP)通過最小化變化使得代碼更易理解。
-- Michacel Feathers（Twitter）

總所周知 JavaScript 是一種擁有很多共享狀態(tài)的動(dòng)態(tài)語言，慢慢的，代碼就會(huì)積累足夠的復(fù)雜性，變得笨拙難以維護(hù)。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)能幫我們?cè)谝欢ǔ潭壬辖鉀Q這個(gè)問題，但是還不夠。

由于有很多的狀態(tài)，所以處理數(shù)據(jù)流和變化的傳遞顯得尤為重要，不知道你們知道響應(yīng)式編程與否，這種編程范式有助于處理 JavaScript 的異步或者事件響應(yīng)?？傊?dāng)我們?cè)谠O(shè)計(jì)應(yīng)用程序的時(shí)候，我們應(yīng)該考慮是否遵守了以下的設(shè)計(jì)原則。

• 可擴(kuò)展性--我是否需要不斷地重構(gòu)代碼來支持額外的功能？

• 易模塊化--如果我更改了一個(gè)文件，另一個(gè)文件是否會(huì)受到影響？
  

• 可重用性--是否有很多重復(fù)的代碼？
  

• 可測性--給這些函數(shù)添加單元測試是否讓我糾結(jié)？
  

• 易推理性--我寫的代碼是否非結(jié)構(gòu)化嚴(yán)重并難以推理？
  

我這能這么跟你說，一旦你學(xué)會(huì)了函數(shù)式編程，這些問題迎刃而解，本來函數(shù)式編程就是這個(gè)思想，一旦你掌握了函數(shù)式，然后你再學(xué)習(xí)響應(yīng)式編程那就比較容易懂了，這是我親身體會(huì)的。我之前在學(xué) Rxjs 的時(shí)候是真的痛苦，說實(shí)話，Rxjs 是我學(xué)過最難的庫了，沒有之一。在經(jīng)歷過痛苦的一兩個(gè)月之后，有些東西還是不能融會(huì)貫通，知道我最近研究函數(shù)式編程，才覺得是理所當(dāng)然。毫無夸張，我也盡量在后面的文章中給大家介紹一下 Rxjs，這個(gè)話題我也在公司分享過。

什么是函數(shù)式編程？

簡單來說，函數(shù)式編程是一種強(qiáng)調(diào)以函數(shù)使用為主的軟件開發(fā)風(fēng)格?？吹竭@句我想你還是一臉懵逼，不知道函數(shù)式編程是啥，不要著急，看到最后我相信你會(huì)明白的。

還有一點(diǎn)你要記住，函數(shù)式編程的目的是使用函數(shù)來抽象作用在數(shù)據(jù)之上的控制流和操作，從而在系統(tǒng)中消除副作用并減少對(duì)狀態(tài)的改變。

下面我們通過例子來簡單的演示一下函數(shù)式編程的魅力。

現(xiàn)在的需求就是輸出在網(wǎng)頁上輸出 “Hello World”。

可能初學(xué)者會(huì)這么寫。

document.querySelector('#msg').innerHTML = '<h1>Hello World</h1>'

這個(gè)程序很簡單，但是所有代碼都是死的，不能重用，如果想改變消息的格式、內(nèi)容等就需要重寫整個(gè)表達(dá)式，所以可能有經(jīng)驗(yàn)的前端開發(fā)者會(huì)這么寫。

function printMessage(elementId, format, message) {
    document.querySelector(elementId).innerHTML = `<${format}>${message}</${format}>`
}
printMessage('msg', 'h1', 'Hello World')

這樣確實(shí)有所改進(jìn)，但是任然不是一段可重用的代碼，如果是要將文本寫入文件，不是非 HTML，或者我想重復(fù)的顯示 Hello World。

那么作為一個(gè)函數(shù)式開發(fā)者會(huì)怎么寫這段代碼呢？

const printMessage = compose(addToDom('msg', h1, echo))

printMessage('Hello World')

解釋一下這段代碼，其中的 h1 和 echo 都是函數(shù)，addToDom 很明顯也能看出它是函數(shù)，那么我們?yōu)槭裁匆獙懗蛇@樣呢？看起來多了很多函數(shù)一樣。

其實(shí)我們是講程序分解為一些更可重用、更可靠且更易于理解的部分，然后再將他們組合起來，形成一個(gè)更易推理的程序整體，這是我們前面談到的基本原則。

compose 簡單解釋一下，他會(huì)讓函數(shù)從最后一個(gè)參數(shù)順序執(zhí)行到第一個(gè)參數(shù)，compose 的每個(gè)參數(shù)都是函數(shù)，不明白的可以查一下，在 redux 的中間件部分這個(gè)函數(shù)式精華。

可以看到我們是將一個(gè)任務(wù)拆分成多個(gè)最小顆粒的函數(shù)，然后通過組合的方式來完成我們的任務(wù)，這跟我們組件化的思想很類似，將整個(gè)頁面拆分成若干個(gè)組件，然后拼裝起來完成我們的整個(gè)頁面。在函數(shù)式編程里面，組合是一個(gè)非常非常非常重要的思想。

好，我們現(xiàn)在再改變一下需求，現(xiàn)在我們需要將文本重復(fù)三遍，打印到控制臺(tái)。

var printMessaage = compose(console.log, repeat(3), echo)
printMessage(‘Hello World’)

可以看到我們更改了需求并沒有去修改內(nèi)部邏輯，只是重組了一下函數(shù)而已。

可以看到函數(shù)式編程在開發(fā)中具有聲明模式。為了充分理解函數(shù)式編程，我們先來看下幾個(gè)基本概念。

• 聲明式編程

• 純函數(shù)

• 引用透明
  

• 不可變性
  

聲明式編程

函數(shù)式編程屬于聲明是編程范式：這種范式會(huì)描述一系列的操作，但并不會(huì)暴露它們是如何實(shí)現(xiàn)的或是數(shù)據(jù)流如何傳過它們。

我們所熟知的 SQL 語句就是一種很典型的聲明式編程，它由一個(gè)個(gè)描述查詢結(jié)果應(yīng)該是什么樣的斷言組成，對(duì)數(shù)據(jù)檢索的內(nèi)部機(jī)制進(jìn)行了抽象。

我們?cè)賮砜匆唤M代碼再來對(duì)比一下命令式編程和聲明式編程。

// 命令式方式

var array = [0, 1, 2, 3]

for(let i = 0; i < array.length; i++) {

    array[i] = Math.pow(array[i], 2)

}

array; // [0, 1, 4, 9]

// 聲明式方式

[0, 1, 2, 3].map(num => Math.pow(num, 2))

可以看到命令式很具體的告訴計(jì)算機(jī)如何執(zhí)行某個(gè)任務(wù)。

而聲明式是將程序的描述與求值分離開來。它關(guān)注如何用各種表達(dá)式來描述程序邏輯，而不一定要指明其控制流或狀態(tài)關(guān)系的變化。

為什么我們要去掉代碼循環(huán)呢？循環(huán)是一種重要的命令控制結(jié)構(gòu)，但很難重用，并且很難插入其他操作中。而函數(shù)式編程旨在盡可能的提高代碼的無狀態(tài)性和不變性。要做到這一點(diǎn)，就要學(xué)會(huì)使用無副作用的函數(shù)--也稱純函數(shù)

純函數(shù)

純函數(shù)指沒有副作用的函數(shù)。相同的輸入有相同的輸出，就跟我們上學(xué)學(xué)的函數(shù)一樣，常常這些情況會(huì)產(chǎn)生副作用。

• 改變一個(gè)全局的變量、屬性或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

• 改變一個(gè)函數(shù)參數(shù)的原始值

• 處理用戶輸入
  

• 拋出一個(gè)異常
  

• 屏幕打印或記錄日志
  

• 查詢 HTML 文檔，瀏覽器的 Cookie 或訪問數(shù)據(jù)庫
  

舉一個(gè)簡單的例子

var counter = 0
function increment() {
    return ++counter;
}

這個(gè)函數(shù)就是不純的，它讀取了外部的變量，可能會(huì)覺得這段代碼沒有什么問題，但是我們要知道這種依賴外部變量來進(jìn)行的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果很難預(yù)測，你也有可能在其他地方修改了 counter 的值，導(dǎo)致你 increment 出來的值不是你預(yù)期的。

對(duì)于純函數(shù)有以下性質(zhì)：

• 僅取決于提供的輸入，而不依賴于任何在函數(shù)求值或調(diào)用間隔時(shí)可能變化的隱藏狀態(tài)和外部狀態(tài)。

• 不會(huì)造成超出作用域的變化，例如修改全局變量或引用傳遞的參數(shù)。
  

但是在我們平時(shí)的開發(fā)中，有一些副作用是難以避免的，與外部的存儲(chǔ)系統(tǒng)或 DOM 交互等，但是我們可以通過將其從主邏輯中分離出來，使他們易于管理。

現(xiàn)在我們有一個(gè)小需求：通過 id 找到學(xué)生的記錄并渲染在瀏覽器(在寫程序的時(shí)候要想到可能也會(huì)寫到控制臺(tái)，數(shù)據(jù)庫或者文件，所以要想如何讓自己的代碼能重用)中。

// 命令式代碼

function showStudent(id) {

    // 這里假如是同步查詢

    var student = db.get(id)

    if(student !== null) {

          // 讀取外部的 elementId

          document.querySelector(`${elementId}`).innerHTML = `${student.id},${student.name},${student.lastname}`

    } else {

        throw new Error('not found')

    }

}

showStudent('666')

// 函數(shù)式代碼

// 通過 find 函數(shù)找到學(xué)生

var find = curry(function(db, id) {

    var obj = db.get(id)

    if(obj === null) {

        throw new Error('not fount')

    }

    return obj

})

// 將學(xué)生對(duì)象 format

var csv = (student) => `${student.id},${student.name},${student.lastname}`

// 在屏幕上顯示

var append = curry(function(elementId, info) {

    document.querySelector(elementId).innerHTML = info

})

var showStudent = compose(append('#student-info'), csv, find(db))

showStudent('666')

如果看不懂 curry (柯里化)的先不著急，這是一個(gè)對(duì)于新手來說比較難理解的一個(gè)概念，在函數(shù)式編程里面起著至關(guān)重要的作用。

可以看到函數(shù)式代碼通過較少這些函數(shù)的長度，將 showStudent 編寫為小函數(shù)的組合。這個(gè)程序還不夠完美，但是已經(jīng)可以展現(xiàn)出相比于命令式的很多優(yōu)勢了。

• 靈活。有三個(gè)可重用的組件

• 聲明式的風(fēng)格，給高階步驟提供了一個(gè)清晰視圖，增強(qiáng)了代碼的可讀性
  

• 另外是將純函數(shù)與不純的行為分離出來。
  

我們看到純函數(shù)的輸出結(jié)果是一致的，可預(yù)測的，相同的輸入會(huì)有相同的返回值，這個(gè)其實(shí)也被稱為引用透明。

引用透明

引用透明是定義一個(gè)純函數(shù)較為正確的方法。純度在這個(gè)意義上表面一個(gè)函數(shù)的參數(shù)和返回值之間映射的純的關(guān)系。如果一個(gè)函數(shù)對(duì)于相同的輸入始終產(chǎn)生相同的結(jié)果，那么我們就說它是引用透明。

這個(gè)概念很容易理解，簡單的舉兩個(gè)例子就行了。

// 非引用透明
var counter = 0
function increment() {
    return ++counter
}
// 引用透明
var increment = (counter) => counter + 1

其實(shí)對(duì)于箭頭函數(shù)在函數(shù)式編程里面有一個(gè)高大上的名字，叫 lambda 表達(dá)式，對(duì)于這種匿名函數(shù)在學(xué)術(shù)上就是叫 lambda 表達(dá)式，現(xiàn)在在 Java 里面也是支持的。

不可變數(shù)據(jù)

不可變數(shù)據(jù)是指那些創(chuàng)建后不能更改的數(shù)據(jù)。與許多其他語言一樣，JavaScript 里有一些基本類型(String,Number 等)從本質(zhì)上是不可變的，但是對(duì)象就是在任意的地方可變。

考慮一個(gè)簡單的數(shù)組排序代碼：

var sortDesc = function(arr) {

    return arr.sort(function(a, b) {

        return b - a

    })

}

var arr = [1, 3, 2]

sortDesc(arr) // [1, 2, 3]

arr // [1, 2, 3]

這段代碼看似沒什么問題，但是會(huì)導(dǎo)致在排序的過程中會(huì)產(chǎn)生副作用，修改了原始引用，可以看到原始的 arr 變成了 [1, 2, 3]。這是一個(gè)語言缺陷，后面會(huì)介紹如何克服。

總結(jié)

• 使用純函數(shù)的代碼絕不會(huì)更改或破壞全局狀態(tài)，有助于提高代碼的可測試性和可維護(hù)性

• 函數(shù)式編程采用聲明式的風(fēng)格，易于推理，提高代碼的可讀性。

• 函數(shù)式編程將函數(shù)視為積木，通過一等高階函數(shù)來提高代碼的模塊化和可重用性。
  

• 可以利用響應(yīng)式編程組合各個(gè)函數(shù)來降低事件驅(qū)動(dòng)程序的復(fù)雜性(這點(diǎn)后面可能會(huì)單獨(dú)拿一篇來進(jìn)行講解)。
  

關(guān)于奇舞周刊

《奇舞周刊》是360公司專業(yè)前端團(tuán)隊(duì)「奇舞團(tuán)」運(yùn)營的前端技術(shù)社區(qū)。關(guān)注公眾號(hào)后，直接發(fā)送鏈接到后臺(tái)即可給我們投稿。