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輕松玩轉(zhuǎn)函數(shù)式編程

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「前端日志」，作者前端日志。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系前端日志公眾號。

最近和一些同學(xué)討論了函數(shù)式編程，很多同學(xué)總覺得聽起來很高大上，但用起來卻無從下手。于是我抽時間捋了捋，將平時工作中用到的函數(shù)式編程案例和思想整理了出來，相信閱讀本文后，大家都能快速上手函數(shù)式編程。

函數(shù)式編程目前使用范圍非常廣，常用的框架，語言幾乎都能看到它的身影。

前端框架：react、vue 的 hooks 用法。
打包工具：webpack 的 webpack-chain 用法。
工具庫：underscore、lodash、ramda。
部署方式：serverless。
后端：java、c# 中的 lamda 表達(dá)式。

本文將通過以下 3 個部分來深入函數(shù)式編程。

編程范式
函數(shù)式編程
函數(shù)式編程常見案例

編程范式

編程范式指的是一種編程風(fēng)格，它描述了程序員對程序執(zhí)行的看法。在編程的世界中，同一個問題，可以站在多個角度去分析解決，這些不同的解決方案就對應(yīng)了不同的編程風(fēng)格。

常見的編程范式有：

命令式編程
- 面向過程編程
  - C
面向?qū)ο缶幊?
- C++、C#、Java
聲明式編程
- 函數(shù)式編程
  - Haskell

命令式編程

命令式編程是使用最廣的一種編程風(fēng)格，它是站在計算機的角度去思考問題，主要思想是關(guān)注計算機執(zhí)行的步驟，即一步一步告訴計算機先做什么再做什么。

由于存在很多需要控制的步驟，所以命令式編程普遍存在以下特點：

控制語句
- 循環(huán)語句：while、for
- 條件分支語句：if else、switch
- 無條件分支語句：return、break、continue
變量
- 賦值語句

根據(jù)這些特點，我們來分析一個命令式編程案例：

 
 
 
  
  
  // 需求：篩選出數(shù)組中為奇數(shù)的子集合 
  
  
   
  
  
  const array = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]; 
  
  
  // 步驟1：定義執(zhí)行結(jié)果變量 
  
  
  let reult = []; 
  
  
  // 步驟2：控制程序循環(huán)調(diào)用 
  
  
  for (let i = 0; i < array.length; i++) { 
  
  
    // 步驟3：判斷篩選條件 
  
  
    if (array[i] % 2 !== 0) { 
  
  
      // 步驟4：加入執(zhí)行結(jié)果 
  
  
      reult.push(array[i]); 
  
  
    } 
  
  
  } 
  
  
  // 步驟5：得到最終的結(jié)果 result

以上代碼通過 5 個步驟，實現(xiàn)了數(shù)組的篩選，這并沒有什么問題，但細(xì)心的同學(xué)可能會感到疑惑：這樣寫的代碼量太長了，而且并不語義化，只有閱讀完每一行的代碼，才知道具體執(zhí)行的是什么邏輯。

沒錯，這就是命令式編程的典型特點，除此之外，還有以下幾點：

命令式編程的每一個步驟都可以由程序員定義，這樣可以更精細(xì)化、更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乜刂拼a，從而提高程序的性能。
命令式編程的每一個步驟都可以記錄中間結(jié)果，方便調(diào)試代碼。
命令式編程需要大量的流程控制語句，在處理多線程狀態(tài)同步問題時，容易造成邏輯混亂，通常需要加鎖來解決。

聲明式編程

聲明式編程同樣是一種編程風(fēng)格，它通過定義具體的規(guī)則，以便系統(tǒng)底層可以自動實現(xiàn)具體功能。主要思想是告訴計算機應(yīng)該做什么，但不指定具體要怎么做。

由于需要定義規(guī)則來表達(dá)含義，所以聲明式編程普遍存在以下特點：

代碼更加語義化，便于理解。
代碼量更少。
不需要流程控制代碼，如：for、while、if 等。

接下來，我們將上文中的數(shù)組篩選，用聲明式的方式重構(gòu)一下：

 
 
 
  
  
  // 篩選出數(shù)組中為奇數(shù)的子集合 
  
  
  const array = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]; 
  
  
  const reult = array.filter((item) => item % 2 !== 0);

可以看到，聲明式編程沒有冗余的操作步驟，代碼量非常少，并且非常語義化，當(dāng)我們讀到 filter 的時候，自然而然就知道是在做篩選。

我們再看一個案例：

# 使用 sql 語句，查詢 id 為 25 的學(xué)生

 
 
 
  
  
  # 使用 sql 語句，查詢 id 為 25 的學(xué)生 
  
  
  select * from students where id=25

在上述代碼中，我們只是告訴計算機，我想查找 id 為 25 的同學(xué)，計算機就能給我們返回對應(yīng)的數(shù)據(jù)了，至于是怎么查找出來的，我們并不需要關(guān)心，只要結(jié)果是正確的即可。

除了上述例子之外，還有很多聲明式編程的案例：

html 用來聲明了網(wǎng)頁的內(nèi)容。
css 用來聲明網(wǎng)頁中元素的外觀。
正則表達(dá)式，聲明匹配的規(guī)則。

有了以上幾個案例，我們來總結(jié)一下聲明式編程的優(yōu)缺點：

聲明式編程不需要編寫復(fù)雜的操作步驟，可以大大減少開發(fā)者的工作量。

聲明式編程的具體操作都是底層統(tǒng)一管理，可以降低重復(fù)工作。

聲明式編程底層實現(xiàn)的邏輯并不可控，不適合做更精細(xì)化的優(yōu)化。

函數(shù)式編程

函數(shù)式編程屬于聲明式編程中的一種，它的主要思想是將計算機運算看作為函數(shù)的計算，也就是把程序問題抽象成數(shù)學(xué)問題去解決。

函數(shù)式編程中，我們可以充分利用數(shù)學(xué)公式來解決問題。也就是說，任何問題都可以通過函數(shù)(加減乘除)和數(shù)學(xué)定律(交換律、結(jié)合律等)，一步一步計算，最終得到答案。

函數(shù)式編程中，所有的變量都是唯一的值，就像是數(shù)學(xué)中的代數(shù) x、y，它們要么還未解出來，要么已經(jīng)被解出為固定值，所以對于：x=x+1 這樣的自增是不合法的，因為修改了代數(shù)值，不符合數(shù)學(xué)邏輯。

除此之外，嚴(yán)格意義上的函數(shù)式編程也不包括循環(huán)、條件判斷等控制語句，如果需要條件判斷，可以使用三元運算符代替。

文章開頭我們提到了 webpack-chain，我們一起來看一下：

 
 
 
  
  
  // 使用 webpack-chain 來編寫 webpack 配置。 
  
  
  const Config = require('webpack-chain'); 
  
  
  const config = new Config(); 
  
  
  config. 
  
  
      .entry('index') 
  
  
          .add('src/index.js') 
  
  
          .end() 
  
  
      .output 
  
  
           .path('dist') 
  
  
           filename('my-first-webpack.bundle.js'); 
  
  
  config.module 
  
  
      .rule('compile') 
  
  
          .test(/\.js$/) 
  
  
          .use('babel') 
  
  
          .loader('babel-loader') 
  
  
  module.exports = config;

可以看到，webpack-chain 可以通過鏈?zhǔn)降暮瘮?shù) api 來創(chuàng)建和修改 webpack 配置，從而更方便地創(chuàng)建和修改 webpack 配置。試想一下，如果一份 webpack 配置需要用于多個項目，但每個項目又有一些細(xì)微的不同配置，這個應(yīng)該怎么處理呢?

如果使用 webpack-chain 去修改配置，一個函數(shù) api 就搞定了，而使用命令式的編程，則需要去逐步遍歷整個 webpack 配置文件，找出需要修改的點，才能進(jìn)行修改，這無疑就大大減少了我們的工作量。

函數(shù)式編程的特點

根據(jù)維基百科權(quán)威定義，函數(shù)式編程有以下幾個特點：

函數(shù)是一等公民
- 函數(shù)可以和變量一樣，可以賦值給其他變量，也可以作為參數(shù)，傳入一個函數(shù)，或者作為別的函數(shù)返回值。
只用表達(dá)式，不用語句：
- 表達(dá)式是一段單純的運算過程，總是有返回值。
- 語句是執(zhí)行某種操作，沒有返回值。
- 也就是說，函數(shù)式編程中的每一步都是單純的運算，而且都有返回值。
無副作用
- 不會產(chǎn)生除運算以外的其他結(jié)果。
- 同一個輸入永遠(yuǎn)得到同一個數(shù)據(jù)。
不可變性
- 不修改變量，返回一個新的值。
引用透明
- 函數(shù)的運行不依賴于外部變量，只依賴于輸入的參數(shù)。

以上的特點都是函數(shù)式編程的核心，基于這些特點，又衍生出了許多應(yīng)用場景：

純函數(shù)：同樣的輸入得到同樣的輸出，無副作用。
函數(shù)組合：將多個依次調(diào)用的函數(shù)，組合成一個大函數(shù)，簡化操作步驟。
高階函數(shù)：可以加工函數(shù)的函數(shù)，接收一個或多個函數(shù)作為輸入、輸出一個函數(shù)。
閉包：函數(shù)作用域嵌套，實現(xiàn)的不同作用域變量共享。
柯里化：將一個多參數(shù)函數(shù)轉(zhuǎn)化為多個嵌套的單參數(shù)函數(shù)。
偏函數(shù)：緩存一部分參數(shù)，然后讓另一些參數(shù)在使用時傳入。
惰性求值：預(yù)先定義多個操作，但不立即求值，在需要使用值時才去求值，可以避免不必要的求值，提升性能。
遞歸：控制函數(shù)循環(huán)調(diào)用的一種方式。
尾遞歸：避免多層級函數(shù)嵌套導(dǎo)致的內(nèi)存溢出的優(yōu)化。
鏈?zhǔn)秸{(diào)用：讓代碼更加優(yōu)雅。

這些應(yīng)用場景都大量存在于我們的日常工作中，接下來我們通過幾個案例來實戰(zhàn)一下。

函數(shù)式編程常見案例

基于函數(shù)式編程的應(yīng)用場景，我們來實現(xiàn)幾個具體的案例。

函數(shù)組合
柯里化
偏函數(shù)
高階函數(shù)
尾遞歸
鏈?zhǔn)秸{(diào)用

1、函數(shù)組合，組合多個函數(shù)步驟。

 
 
 
  
  
  function compose(f, g) { 
  
  
    return function () { 
  
  
      return f.call(this, g.apply(this, arguments)); 
  
  
    }; 
  
  
  } 
  
  
   
  
  
  function toLocaleUpperCase(str) { 
  
  
    return str.toLocaleUpperCase(); 
  
  
  } 
  
  
   
  
  
  function toSigh(str) { 
  
  
    return str + "!"; 
  
  
  } 
  
  
  // 將多個函數(shù)按照先后執(zhí)行順序組合成一個函數(shù)，簡化多個調(diào)用步驟。 
  
  
  const composedFn = compose(toSigh, toLocaleUpperCase); 
  
  
  console.log("函數(shù)組合：", composedFn("msx")); 
  
  
  // 函數(shù)組合：MSX!

2、柯里化，將一個多參數(shù)函數(shù)轉(zhuǎn)化為多個嵌套的單參數(shù)函數(shù)。

 
 
 
  
  
  // 柯里化 
  
  
  function curry(targetfn) { 
  
  
    var numOfArgs = targetfn.length; 
  
  
    return function fn(...rest) { 
  
  
      if (rest.length < numOfArgs) { 
  
  
        return fn.bind(null, ...rest); 
  
  
      } else { 
  
  
        return targetfn.apply(null, rest); 
  
  
      } 
  
  
    }; 
  
  
  } 
  
  
  // 加法函數(shù) 
  
  
  function add(a, b, c, d) { 
  
  
    return a + b + c + d; 
  
  
  } 
  
  
  // 將一個多參數(shù)函數(shù)轉(zhuǎn)化為多個嵌套的單參數(shù)函數(shù) 
  
  
  console.log("柯里化：", curry(add)(1)(2)(3)(4)); 
  
  
  // 柯里化：10

3、偏函數(shù)，緩存一部分參數(shù)，然后讓另一些參數(shù)在使用時傳入。

 
 
 
  
  
  // 偏函數(shù) 
  
  
  function isTypeX(type) { 
  
  
    return function (obj) { 
  
  
      return Object.prototype.toString.call(obj) === `[object ${type}]`; 
  
  
    }; 
  
  
  } 
  
  
   
  
  
  // 緩存一部分參數(shù)，然后讓另一些參數(shù)在使用時傳入。 
  
  
  const isObject = isTypeX("Object"); 
  
  
  const isNumber = isTypeX("Number"); 
  
  
   
  
  
  console.log("偏函數(shù)測試：", isObject({ a: 1 }, 123)); // true 
  
  
  console.log("偏函數(shù)測試：", isNumber(1)); // true

4、惰性求值，預(yù)先定義多個操作，但不立即求值，在需要使用值時才去求值，可以避免不必要的求值，提升性能。

 
 
 
  
  
  // 這里使用 C# 中的 LINQ 來演示 
  
  
  // 假設(shè)數(shù)據(jù)庫中有這樣一段數(shù)據(jù) db.Gems [4,15,20,7,3,13,2,20]; 
  
  
   
  
  
  var q = 
  
  
      db.Gems 
  
  
      .Select(c => c < 10) 
  
  
     .Take(3) 
  
  
     // 只要不調(diào)用 ToList 就不會求值 
  
  
     // 在具體求值的時候，會將預(yù)先定義的方法進(jìn)行優(yōu)化整合，以產(chǎn)生一個最優(yōu)的解決方案，才會去求值。 
  
  
      .ToList();

上述代碼中，傳統(tǒng)的求值會遍歷 2 次，第一次遍歷整個數(shù)組(8 項)，篩選出小于 10 的項，輸出 [4,7,3,2]，第二次遍歷這個數(shù)組(4 項)，輸出 [4,7,3]。

如果使用惰性求值，則會將預(yù)先定義的所有操作放在一起進(jìn)行判斷，所以只需要遍歷 1 次就可以了。在遍歷的同時判斷是否小于 10 和小于 10 的個數(shù)是否為 3，當(dāng)遍歷到第 5 項時，就能輸出 [4,7,3]。

相比傳統(tǒng)求值遍歷的 8+4=12 項，使用惰性求值則只需遍歷 5 項，程序的運行效率也就自然而然地得到了提升。

5、高階函數(shù)，可以加工函數(shù)的函數(shù)(接收一個或多個函數(shù)作為輸入、輸出一個函數(shù))。

 
 
 
  
  
  // React 組件中，將一個組件，封裝為帶默認(rèn)背景色的新組件。 
  
  
  // styled-components 就是這個原理 
  
  
  function withBackgroundRedColor (wrapedComponent) { 
  
  
    return class extends Component { 
  
  
      render () { 
  
  
        return (

)

}

6、遞歸和尾遞歸。

  
 
 
   
  
  // 普通遞歸，控制函數(shù)循環(huán)調(diào)用的一種方式。 
   
  
  function fibonacci(n) { 
   
  
    if (n === 0) { 
   
  
      return 0; 
   
  
    } 
   
  
    if (n === 1) { 
   
  
      return 1; 
   
  
    } 
   
  
    return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2); 
   
  
  } 
   
  
  console.log("沒有使用尾遞歸，導(dǎo)致棧溢出", fibonacci(100)); 
   
  
   
   
  
  // 尾遞歸，避免多層級函數(shù)嵌套導(dǎo)致的內(nèi)存溢出的優(yōu)化。 
   
  
  function fibonacci2(n, result, preValue) { 
   
  
    if (n == 0) { 
   
  
      return result; 
   
  
    } 
   
  
    return fibonacci2(n - 1, preValue, result + preValue); 
   
  
  } 
   
  
  // result = 0, preValue = 1 
   
  
  console.log("使用了尾遞歸，不會棧溢出", fibonacci2(100, 0, 1));

7、鏈?zhǔn)秸{(diào)用

  
 
 
   
  
  // lodash 中，一個方法調(diào)用完成之后，可以繼續(xù)鏈?zhǔn)秸{(diào)用其他的方法。 
   
  
  var users = [ 
   
  
    { user: "barney", age: 36 }, 
   
  
    { user: "fred", age: 40 }, 
   
  
    { user: "pebbles", age: 1 }, 
   
  
  ]; 
   
  
  var youngest = _.chain(users) 
   
  
    .sortBy("age") 
   
  
    .map(function (o) { 
   
  
      return o.user + " is " + o.age; 
   
  
    }) 
   
  
    .head() 
   
  
    .value(); 
   
  
  // => 'pebbles is 1'

思考與總結(jié)

本文從編程范式開始，分析了函數(shù)式編程的定位，進(jìn)一步引申出函數(shù)式編程的概念，然后基于一些工作中的案例，實戰(zhàn)了函數(shù)式編程的應(yīng)用場景，希望大家都能輕松地認(rèn)識函數(shù)式編程。

本文題目：輕松玩轉(zhuǎn)函數(shù)式編程
標(biāo)題來源：http://m.fisionsoft.com.cn/article/cdgicis.html

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