函数式编程

一、是什么

函数式编程是一种"编程范式"（programming paradigm），一种编写程序的方法论

主要的编程范式有三种：命令式编程，声明式编程和函数式编程

相比命令式编程，函数式编程更加强调程序执行的结果而非执行的过程，倡导利用若干简单的执行单元让计算结果不断渐进，逐层推导复杂的运算，而非设计一个复杂的执行过程

举个例子，将数组每个元素进行平方操作，命令式编程与函数式编程如下

// 命令式编程
var array = [0, 1, 2, 3]
for (let i = 0; i < array.length; i++) {
  array[i] = Math.pow(array[i], 2)
}

// 函数式方式
;[0, 1, 2, 3].map((num) => Math.pow(num, 2))

简单来讲，就是要把过程逻辑写成函数，定义好输入参数，只关心它的输出结果

即是一种描述集合和集合之间的转换关系，输入通过函数都会返回有且只有一个输出值

可以看到，函数实际上是一个关系，或者说是一种映射，而这种映射关系是可以组合的，一旦我们知道一个函数的输出类型可以匹配另一个函数的输入，那他们就可以进行组合

二、特点

函数式编程具有五个鲜明的特点。

1. 函数是"第一等公民"

所谓"第一等公民"（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，或者作为别的函数的返回值。

举例来说，下面代码中的 print 变量就是一个函数，可以作为另一个函数的参数。

var print = function(i) {
  console.log(i)
}

;[1, 2, 3].forEach(print)

2. 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。

当然，实际应用中，不做 I/O 是不可能的。因此，编程过程中，函数式编程只要求把 I/O 限制到最小，不要有不必要的读写行为，保持计算过程的单纯性。

3. 没有"副作用"

所谓"副作用"（side effect），指的是函数内部与外部互动（最典型的情况，就是修改全局变量的值），产生运算以外的其他结果。

函数式编程强调没有"副作用"，意味着函数要保持独立，所有功能就是返回一个新的值，没有其他行为，尤其是不得修改外部变量的值。

4. 不修改状态

上一点已经提到，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。下面的代码是一个将字符串逆序排列的函数，它演示了不同的参数如何决定了运算所处的"状态"。

function reverse(string) {
  if (string.length == 0) {
    return string
  } else {
    return reverse(string.substring(1, string.length)) + string.substring(0, 1)
  }
}

由于使用了递归，函数式语言的运行速度比较慢，这是它长期不能在业界推广的主要原因。

5. 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。

有了前面的第三点和第四点，这点是很显然的。其他类型的语言，函数的返回值往往与系统状态有关，不同的状态之下，返回值是不一样的。这就叫"引用不透明"，很不利于观察和理解程序的行为。

三、概念

纯函数

函数式编程旨在尽可能的提高代码的无状态性和不变性。要做到这一点，就要学会使用无副作用的函数，也就是纯函数

纯函数是对给定的输入返还相同输出的函数，并且要求你所有的数据都是不可变的，即纯函数=无状态+数据不可变

举一个简单的例子

let double = (value) => value * 2

特性：

函数内部传入指定的值，就会返回确定唯一的值
不会造成超出作用域的变化，例如修改全局变量或引用传递的参数

优势：

使用纯函数，我们可以产生可测试的代码

test('double(2) 等于 4', () => {
  expect(double(2)).toBe(4)
})

不依赖外部环境计算，不会产生副作用，提高函数的复用性
可读性更强，函数不管是否是纯函数都会有一个语义化的名称，更便于阅读
可以组装成复杂任务的可能性。符合模块化概念及单一职责原则

高阶函数

在我们的编程世界中，我们需要处理的其实也只有“数据”和“关系”，而关系就是函数

编程工作也就是在找一种映射关系，一旦关系找到了，问题就解决了，剩下的事情，就是让数据流过这种关系，然后转换成另一个数据，如下图所示

在这里，就是高阶函数的作用。高级函数，就是以函数作为输入或者输出的函数被称为高阶函数

通过高阶函数抽象过程，注重结果，如下面例子

const forEach = function(arr, fn) {
  for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
    fn(arr[i])
  }
}
let arr = [1, 2, 3]
forEach(arr, (item) => {
  console.log(item)
})

上面通过高阶函数 forEach来抽象循环如何做的逻辑，直接关注做了什么

高阶函数存在缓存的特性，主要是利用闭包作用

const once = (fn) => {
  let done = false
  return function() {
    if (!done) {
      fn.apply(this, fn)
    } else {
      console.log('该函数已经执行')
    }
    done = true
  }
}

柯里化

柯里化是把一个多参数函数转化成一个嵌套的一元函数的过程

一个二元函数如下：

const fn = (x, y) => x + y

转化成柯里化函数如下：

const curry = function(fn) {
  return function(x) {
    return function(y) {
      return fn(x, y)
    }
  }
}
let myfn = curry(fn)
console.log(myfn(1)(2))

上面的curry函数只能处理二元情况，下面再来实现一个实现多参数的情况

// 多参数柯里化
const curry = function(fn) {
  return function curriedFn(...args) {
    if (args.length < fn.length) {
      return function(...arg) {
        return curriedFn(...args.concat(arg))
      }
    }
    return fn(...args)
  }
}
const fn = (x, y, z, a) => x + y + z + a
const myfn = curry(fn)
console.log(myfn(1)(2)(3)(1))

关于柯里化函数的意义如下：

让纯函数更纯，每次接受一个参数，松散解耦
惰性执行

组合与管道

组合函数，目的是将多个函数组合成一个函数

举个简单的例子：

function afn(a) {
  return a * 2
}
function bfn(b) {
  return b * 3
}
const compose = (a, b) => (c) => a(b(c))
let myfn = compose(afn, bfn)
console.log(myfn(2))

可以看到compose实现一个简单的功能：形成了一个新的函数，而这个函数就是一条从 bfn -> afn 的流水线

下面再来看看如何实现一个多函数组合：

const compose = (...fns) => (val) => fns.reverse().reduce((acc, fn) => fn(acc), val)

compose执行是从右到左的。而管道函数，执行顺序是从左到右执行的

const pipe = (...fns) => (val) => fns.reduce((acc, fn) => fn(acc), val)

组合函数与管道函数的意义在于：可以把很多小函数组合起来完成更复杂的逻辑

四、优缺点

优点

更好的管理状态：因为它的宗旨是无状态，或者说更少的状态，能最大化的减少这些未知、优化代码、减少出错情况
更简单的复用：固定输入->固定输出，没有其他外部变量影响，并且无副作用。这样代码复用时，完全不需要考虑它的内部实现和外部影响
更优雅的组合：往大的说，网页是由各个组件组成的。往小的说，一个函数也可能是由多个小函数组成的。更强的复用性，带来更强大的组合性
隐性好处。减少代码量，提高维护性

缺点：

性能：函数式编程相对于指令式编程，性能绝对是一个短板，因为它往往会对一个方法进行过度包装，从而产生上下文切换的性能开销
资源占用：在 JS 中为了实现对象状态的不可变，往往会创建新的对象，因此，它对垃圾回收所产生的压力远远超过其他编程方式
递归陷阱：在函数式编程中，为了实现迭代，通常会采用递归操作

函数式编程 #

一、是什么 #

二、特点 #

1. 函数是"第一等公民" #

2. 只用"表达式"，不用"语句" #

3. 没有"副作用" #

4. 不修改状态 #

5. 引用透明 #

三、概念 #

纯函数 #

高阶函数 #

柯里化 #

组合与管道 #

四、优缺点 #

优点 #

缺点： #

参考文献 #