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函数式编程之函子
8. 函子
文章整理自 JavaScript ES6 函数式编程入门
昨天我们学习了组合与管道，在学习新的知识之前我们需要复习一下几个重要的函数，比如 curry，partial，compose，pipe。现在还能写出来吗？学习一个东西除了为了知道它的思想，也要知道是怎么实现的。毕竟思想只是脑子里的东西，只有真正能实现才真正有用。所以还是希望大家复习一下之前比较重要的函数。
话不多说，我们开始今天的学习。今天我们要学习的是函数式编程中一个重要的概念——错误处理。当然不仅是函数式编程，在任何地方，错误处理都是必不可少的。但在函数式编程中错误处理的方式有所不同，这就是今天我们要学习的内容。
我们将了解一个新概念，函子。它将用一种纯函数式的方式帮我们处理错误。同样的，在掌握了函子之后，我们将实现两个真实的函子：MayBe 和 Either。那么，让我们开始今天的学习吧。
8.1 什么是函子
在开始真正的学习之前，我们要先了解什么是函子。函子的定义如下
函子是一个普通对象（在其他语言中，可能是一个类），它实现了 map 函数，在遍历每个对象值的时候生成一个新对象。
可能概念太抽象，没关系，我们接下来将通过代码来了解什么是函子。
8.1.1 函子是容器
简言之，函子是一个持有值的容器。定义中已说明：函子是一个普通对象。下面我们就来创建一个简单的容器，它能够持有任何传给它的值
const Container = function(val){
this.val = val;
}
注意这里不能用箭头函数的形式。因为箭头函数不可以作为构造函数，它没有 prototype 和 constructor 属性。这么说其实不严格，它的 constructor 其实指向的是 Function 而不是它本身。
接下来我们用它来创建一个新对象
let testValue = new Container(3);
// Container:{val: 3}
let testObj = new Container({a: 1});
// Container:{val: {a: 1}}
let testArray = new Container([1, 2]);
// Container:{val: [1, 2]}
这里没什么难的，Container 只是持有了内部的值。我们可以传入任何 JavaScript 数据类型，Container 都会持有它。我们再为 Container 创建一个 of 的静态工具类方法
Container.of = function(value){
return new Container(value);
}
这样我们在创建新的 Container 时就能省略 new 关键字了。我们将之前的代码重写
testValue = Container.of(3);
testObj = Container.of({a: 1});
testArray = Container.of([1, 2]);
要注意的是，Container 也可以包含嵌套的 Container
Container.of(Container.of(3))
// Container:{val: Container: {val: 3}}
我们定义了函子，它只是持有值的容器，下面回忆一下定义。
函子是一个普通对象（在其他语言中，可能是一个类），它实现了 map 函数，在遍历每个对象值的时候生成一个新对象。
我们还需要为函子实现 map 方法，接下来，我们为它实现。
8.1.2 函子实现了 map 方法
在实现之前，先思考一下为什么函子需要实现 map 函数？
记住，Container 仅仅持有了值。但持有值在实际应用场景中没有任何用处。这就是 map 函数发挥的地方了，它允许我们使用 Container 持有的值调用任何函数。
map 函数从 Container 中取出值，将传入的函数应用于上面，并将结果放回 Container。让我们看一个例子
Container.prototype.map = function(fn){
return Container.of(fn(this.value))
}
let double = x => x + x;
Container.of(3).map(double)
// Container: {val: 6}
map 函数返回了以传入函数的执行结果为值的 Container 实例，这就允许我们进行链式操作
Container.of(3).map(double).map(double).map(double)
// Container: {val: 24}
我们再来看定义：函子是一个普通对象（在其他语言中，可能是一个类），它实现了 map 函数，在遍历每个对象值的时候生成一个新对象。
这就是函子。但是这有什么用呢？别着急，我们慢慢来
8.2 MayBe 函子
这一节我们将了解一个名为 MayBe 的函子，它能使我们以更加函数式的方式处理代码中的错误。
8.2.1 实现 MayBe 函子
MayBe 是一个函子，意味着它将实现一个 map 函数，但是会用一种不同的方式。下面从一个简单的 MayBe 开始，它能够持有数据（和 Container 非常像）
const MayBe = function(val){
this.value = val
}
MayBe.of = function(val){
return new MayBe(val)
}
我们在为它实现 map 函数
MayBe.prototype.isNothing = function(){
return (this.value === null || this.value === undefined);
}
MayBe.prototype.map = function(fn){
return this.isNothing() ? MayBe.of(null) : MayBe.of(fn(this.value))
}
首先我们在传入值之前做了个判断，如果容器中的值为 null 或 undefined，传入 null。这是一种对错误处理的强大抽象！否则把传入当前值。
我们来看一下实际应用
8.2.2 简单用例
直接来看一段代码
MayBe.of('string').map( x => x.toUpperCase())
// Maybe { value: 'STRING'}
x => x.toUpperCase() 我们来看这里，假设 x 是 null 或者 undefined的话，是没有 toUpperCase 的方法的，这样程序就会报错。但是别担心，我们已经将对 null 和 undefined 的处理交给 MayBe 函子了，还记得 isNothing 吗？我们来试一下
MayBe.of(null).map( x => x.toUpperCase());
// Maybe { value: null}
null.toUpperCase();
// Uncaught TypeError: Cannot read property 'toUpperCase' of null
看，代码没有在 null 或者 undefined 下面崩溃，因为我们已经把值封装到了一个安全容器 MayBe 内，我们在用一种声明式的方式处理 null 值。
在普通的命令式方法中，我们可能会这么写
let value = 'value';
if(value != null || value != undefined){
return value.toUpperCase();
}
上面代码与 map 做了同样的事情，但是 map 省略了检查所需的步骤，不必关心这些暗藏的变量就能得到结果值。并且可以链式调用 map 函数，如
MayBe('George').map(x => x.toUpperCase()).map( x => 'Mr. ' + x);
// MayBe { value : 'Mr. GEORGE'}
是不是和 Promise 非常相似？看上去很舒服。我们来看一下 MayBe 的两个重要属性
一是即使传入 null 或 undefined，它也可以正确的处理，不论哪一环传入 undefined 都可以正确处理，我们再看一个例子
MayBe('George').map(x => undefined).map( x => 'Mr. ' + x);
// MayBe { value : null}
这符合我们的预期。
二是所有的 map 函数都会被调用，无论它是否接收到 null 或者 undefined。直到最后一个 map。
8.2.3 真实用例
既然 MayBe 是一个可以持有任何值的容器，那么它也可以持有数组。假设你编写了一个 API 去获取掘金的数据，如 newest（最新）、popular（热门） 或 comment（评论）。
let getJueJinPosts = type =>{
let response;
try{
response = JSON.parse(request('GET','https://juejin.im/timeline?sort=' + type))
} catch (err){
response = {message: 'Something went wrong',errorCode: err['statusCode']}
}
return response
}
这个函数访问了 url 并获得了响应，如果出现问题，则会捕捉错误并返回错误信息。
调用方法如下
getJueJinPosts('newest');
// 返回数据格式如下
{
d:{total: 20,entrylist:Array(20)}
m:"ok",
s:1
}
其中 entrylist 数据格式如下
其中某一条格式又如下
我们需要从响应中获取包含 originalUrl 和 title 的 JSON 对象数组。记住，如果我们传入了一个无效的 type，如 test，它将会返回一个不包含 d 或 entrylist 属性的错误响应。
我们可以用 MayBe 实现此逻辑，代码如下
let getJueJinData = type => {
let response = getJuejinPosts(type); // 获取数据
return MayBe.of(response).map(arr => arr['d'])
.map(arr => arr['entrylist'])
.map(arr => arr.map( ele => {
return {'title':ele.title,'url': ele.originalUrl}
}))
}
下面分析一下 getJueJinData 的运行机制
我们先获取数据，封装到 MayBe 的上下文中。然后使用 map 方法执行了链式调用，这将从响应结构中返回 entrylist 数组对象。在最后一个 map 中，我们遍历了这个数组对象的每一个元素，并将它的 title 和 url 取了出来。
如果我们用一个正确的 type 调用它，比如 newest，将会返回给我们由 title 和 url 组成的正确的数据，保存在 MayBe 中，结构如下
MayBe {
value: [
{title:...,url:...},
{title:...,url:...},
{title:...,url:...},
...
]
}
getJueJinData 的巧妙之处在于对逻辑流中可能出现的 null 或者 undefined 的处理。如果有人用 test 调用了这个方法，将会返回如下 JSON
{message： 'Something went wrong',errorCode: 404}
也就是说它的 d 和 entrylist 将为 undefined！下面来试一下
getJueJinData('test');
// MayBe { value: null}
不会抛出任何错误，尽管 map 函数尝试从响应里面获取 d，但它返回了 MayBe.of(null)，因此，相应的 map 不会应用得到传入的函数，正如我们之前说的那样。
我们可以明显感受出来 MayBe 能够轻松的处理所有 undefined 或 null 的错误，正如我们之前讨论的那样。而且它看上去是如此的声明式！这就是关于 MayBe 函子的全部知识了，下一节我们将看看 Either 的函子。
8.3 Either 函子
本节将创建一个名为 Either 的新函子。它能解决分支拓展问题。什么意思呢，还是来看个例子
MayBe('George').map(x => undefined).map( x => 'Mr. ' + x);
// MayBe { value : null}
这是上一节的代码，但是我们如何知道哪一个分支出了问题呢？哪一个分支在检查 undefined 或 null 值时执行失败了呢？显然我们不能通过 MayBe 函子来解决该问题。但是这也不意味着 MayBe 存在缺陷，只不过某些时候我们需要一个比 MayBe 更好的函子（当你有很多个嵌套的 map 时）。此处就是 Either 发挥作用的地方
8.3.1 实现 Either 函子
我们已经了解了 Either 要解决的问题，下面看它的实现
const Nothing = function(val){
this.value = val;
}
Nothing.of = function(val){
return new Nothing(val)
}
Nothing.prototype.map = function(f){
return this;
}
const Some = function(val){
this.value = val;
}
Some.of = function(val){
return new Some(val);
}
Some.prototype.map = function(fn){
return Some.of(fn(this.value))
}
我们实现了两个函数，名为 Some 和 Nothing。可以看到，Some 是一个 Container 的副本，只不过换了一个名称。有趣的部分是 Nothing。它也是一个 Container，但其 map 不执行给定的函数，而只返回对象本身。那么这有什么用呢？来看个例子
Some.of('test').map(x => x.toUpperCase());
// Some {value: 'TEST'};
Nothing.of('test').map(x => x.toUpperCase());
// Nothing {value: 'test'};
如上所示，在 Some 和 Nothing 的 map 函数中传入了相同的值，一个返回本身，一个返回结果。所以这两个应该是用来做对比的吧（一个猜测，不一定对，往后看。事实证明错了）。
我们把这两个对象封装到 Either 对象中。
const Either = {
Some: Some,
Nothing: Nothing
}
8.3.2 掘金例子的 Either 版本
掘金例子的 MayBe 版本如下
let getJueJinData = type => {
let response = getJuejinPosts(type); // 获取数据
return MayBe.of(response).map(arr => arr['d'])
.map(arr => arr['entrylist'])
.map(arr => arr.map( ele => {
return {'title':ele.title,'url': ele.originalUrl}
}))
}
传入一个错误的 type，比如 unknown：
getJueJinData('unknown');
// MayBe {value: null}
我们获得了具有 null 值的 MayBe 对象。但不知道 null 被返回的原因。由于 getJueJinData 使用了 getJuejinPosts 来获得响应，我们现在通过 Either 来创建一个新的 getJuejinPosts
let getJueJinPosts = type =>{
let response;
try{
response = Some.of(JSON.parse(request('GET','https://juejin.im/timeline?sort=' + type)))
} catch (err){
response = Nothing.of({message: 'Something went wrong',errorCode: err['statusCode']})
}
return response
}
我们用 Some 封装了正确的响应，用 Nothing 封装了错误的响应。
下面我们用错误的 type 来调用新的 API
getJueJinData('test');
// Nothing {value: {message: 'Something went wrong',errorCode: 404}}
我们用 Either 获得了分支失败的确切原因！在 type 是未知的情况下，getJueJinPost 返回了 Nothing。因此 getJueJinData 中的代码永远不会执行，因为要处理的是 Nothing 类型！可以看到，Nothing 帮我们保存了错误信息并阻断了函数的执行。
假设我们用正确的 type 来执行，将返回
Some {
value: [
{title:...,url:...},
{title:...,url:...},
{title:...,url:...},
...
]
}
如果你有 java 的背景，可能会觉得 Either 和 java 8 中的 Optional相似。实际上，Optional 就是一个函子
8.4 Pointed 函子
在今天的学习结束之前，我们要明确一点。本章开始讲过，我们创建 of 方法只是为了在创建 Container 时不使用 new 关键字。我们也为 MayBe 和 Either 实现了该方法。要记住，函子只是一个实现了 map 方法的接口。Pointed 函子是函子的一个子集，它具有实现了 of 方法的接口。也就是正常的函子只具有 map 方法，而具有 of 方法的函子还可以成为 Pointed 函子。
因此，到目前为止我们实现的所有函子都可以成为 Pointed 函子！这只是为了明确书中的术语，而了解函子或 Pointed 函子在实际中能解决的问题才是最重要的。
ES6 中增加了 Array.of，这使数组成为一个 Pointed 函子
8.5 小结
我们从一个问题开始今天的学习：如何使用函数式编程的思想处理异常。然后我们从一个简单的函子开始，定义了函子，实现了它的 map 方法。然后又实现了 MayBe 函子，它能够帮助我们避免对 null 和 undefined 的检查。Either 允许我们在拓展分支时保存错误信息。还是希望大家亲自动手试一下，相信一定会对你有帮助的。
明天我们将学习一个名叫 Monad 的新函子。明天见。