函數(shù)式編程

一 函數(shù)式編程的好處

1. 代碼簡潔,開發(fā)快速

函數(shù)式編程大量使用函數(shù),減少了代碼的重復(fù),因此程序比較短,開發(fā)速度較快。

2. 接近自然語言,易于理解

函數(shù)式編程的自由度很高,可以寫出很接近自然語言的代碼。

前文曾經(jīng)將表達(dá)式(1 + 2) * 3 - 4,寫成函數(shù)式語言:

  subtract(multiply(add(1,2), 3), 4)

3. 更方便的代碼管理

函數(shù)式編程不依賴、也不會(huì)改變外界的狀態(tài),只要給定輸入?yún)?shù),返回的結(jié)果必定相同。因此,每一個(gè)函數(shù)都可以被看做獨(dú)立單元,很有利于進(jìn)行單元測試(unit testing)和除錯(cuò)(debugging),以及模塊化組合。

4. 易于"并發(fā)編程"

函數(shù)式編程不需要考慮"死鎖"(deadlock),因?yàn)樗恍薷淖兞?,所以根本不存?鎖"線程的問題。不必?fù)?dān)心一個(gè)線程的數(shù)據(jù),被另一個(gè)線程修改,所以可以很放心地把工作分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)線程,部署"并發(fā)編程"(concurrency)。

5. 代碼的熱升級

函數(shù)式編程沒有副作用,只要保證接口不變,內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是外部無關(guān)的。所以,可以在運(yùn)行狀態(tài)下直接升級代碼,不需要重啟,也不需要停機(jī)。Erlang語言早就證明了這一點(diǎn),它是瑞典愛立信公司為了管理電話系統(tǒng)而開發(fā)的,電話系統(tǒng)的升級當(dāng)然是不能停機(jī)的。

二、定義

簡單說,"函數(shù)式編程"是一種"編程范式"(programming paradigm),也就是如何編寫程序的方法論。

它屬于"結(jié)構(gòu)化編程"的一種,主要思想是把運(yùn)算過程盡量寫成一系列嵌套的函數(shù)調(diào)用。舉例來說,現(xiàn)在有這樣一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式:

  (1 + 2) * 3 - 4

傳統(tǒng)的過程式編程,可能這樣寫:

  var a = 1 + 2;

  var b = a * 3;

  var c = b - 4;

函數(shù)式編程要求使用函數(shù),我們可以把運(yùn)算過程定義為不同的函數(shù),然后寫成下面這樣:

  var result = subtract(multiply(add(1,2), 3), 4);

這就是函數(shù)式編程。

三、特點(diǎn)

函數(shù)式編程具有五個(gè)鮮明的特點(diǎn)。

1. 函數(shù)是"第一等公民"

所謂"第一等公民"(first class),指的是函數(shù)與其他數(shù)據(jù)類型一樣,處于平等地位,可以賦值給其他變量,也可以作為參數(shù),傳入另一個(gè)函數(shù),或者作為別的函數(shù)的返回值。

舉例來說,下面代碼中的print變量就是一個(gè)函數(shù),可以作為另一個(gè)函數(shù)的參數(shù)。

 ```

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

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

```

2. 只用"表達(dá)式",不用"語句"

"表達(dá)式"(expression)是一個(gè)單純的運(yùn)算過程,總是有返回值;"語句"(statement)是執(zhí)行某種操作,沒有返回值。函數(shù)式編程要求,只使用表達(dá)式,不使用語句。也就是說,每一步都是單純的運(yùn)算,而且都有返回值。

原因是函數(shù)式編程的開發(fā)動(dòng)機(jī),一開始就是為了處理運(yùn)算(computation),不考慮系統(tǒng)的讀寫(I/O)。"語句"屬于對系統(tǒng)的讀寫操作,所以就被排斥在外。

當(dāng)然,實(shí)際應(yīng)用中,不做I/O是不可能的。因此,編程過程中,函數(shù)式編程只要求把I/O限制到最小,不要有不必要的讀寫行為,保持計(jì)算過程的單純性。

3. 沒有"副作用"

所謂"副作用"(side effect),指的是函數(shù)內(nèi)部與外部互動(dòng)(最典型的情況,就是修改全局變量的值),產(chǎn)生運(yùn)算以外的其他結(jié)果。

函數(shù)式編程強(qiáng)調(diào)沒有"副作用",意味著函數(shù)要保持獨(dú)立,所有功能就是返回一個(gè)新的值,沒有其他行為,尤其是不得修改外部變量的值。

4. 不修改狀態(tài)

上一點(diǎn)已經(jīng)提到,函數(shù)式編程只是返回新的值,不修改系統(tǒng)變量。因此,不修改變量,也是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。

在其他類型的語言中,變量往往用來保存"狀態(tài)"(state)。不修改變量,意味著狀態(tài)不能保存在變量中。函數(shù)式編程使用參數(shù)保存狀態(tài),最好的例子就是遞歸。下面的代碼是一個(gè)將字符串逆序排列的函數(shù),它演示了不同的參數(shù)如何決定了運(yùn)算所處的"狀態(tài)"。

  function reverse(string) {

    if(string.length == 0) {

      return string;

    } else {

      return reverse(string.substring(1, string.length)) + string.substring(0, 1);

    }

  }

由于使用了遞歸,函數(shù)式語言的運(yùn)行速度比較慢,這是它長期不能在業(yè)界推廣的主要原因。

5. 引用透明

引用透明(Referential transparency),指的是函數(shù)的運(yùn)行不依賴于外部變量或"狀態(tài)",只依賴于輸入的參數(shù),任何時(shí)候只要參數(shù)相同,引用函數(shù)所得到的返回值總是相同的。

有了前面的第三點(diǎn)和第四點(diǎn),這點(diǎn)是很顯然的。其他類型的語言,函數(shù)的返回值往往與系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān),不同的狀態(tài)之下,返回值是不一樣的。這就叫"引用不透明",很不利于觀察和理解程序的行為。

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