浅谈函数式编程

什么是函数式编程

函数式编程(Functional Programming, FP)，FP 是编程范式之一，我们常听说的编程范式还有面向过程
编程、面向对象编程。

• 面向对象编程的思维方式：把现实世界中的事物抽象成程序世界中的类和对象，通过封装、继承和
  多态来演示事物事件的联系
• 函数式编程的思维方式：把现实世界的事物和事物之间的联系抽象到程序世界（对运算过程进行抽
  象）
  • 程序的本质：根据输入通过某种运算获得相应的输出，程序开发过程中会涉及很多有输入和
    输出的函数
  • x -> f(联系、映射) -> y，y=f(x)
  • 函数式编程中的函数指的不是程序中的函数(方法)，而是数学中的函数即映射关系，例如：y = sin(x)，x和y的关系
  • 相同的输入始终要得到相同的输出(纯函数)
  • 函数式编程用来描述数据(函数)之间的映射

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。

高阶函数

高阶函数 (Higher-order function)

• 可以把函数作为参数传递给另一个函数
• 可以把函数作为另一个函数的返回结果
• 函数作为参数

常用高阶函数

• forEach
• map
• filter
• every
• some
• find/findIndex
• reduce
• sort

纯函数

• 纯函数：相同的输入永远会得到相同的输出，而且没有任何可观察的副作用
• 函数式编程不会保留计算中间的结果，所以变量是不可变的（无状态的）
• 我们可以把一个函数的执行结果交给另一个函数去处理

纯函数的好处

• 可测试
• 并行处理：纯函数不需要访问共享的内存数据，所以在并行环境下可以任意运行纯函数 (Web Worker)

柯里化

柯里化 (Currying)：
当一个函数有多个参数的时候先传递一部分参数调用它（这部分参数以后永远不变）
然后返回一个新的函数接收剩余的参数，返回结果

函子

• 容器：包含值和值的变形关系(这个变形关系就是函数)
• 函子：是一个特殊的容器，通过一个普通的对象来实现，该对象具有 map 方法，map 方法可以运
  行一个函数对值进行处理(变形关系)

函子的意义

• 函数式编程的运算不直接操作值，而是由函子完成
• 函子就是一个实现了 map 契约的对象
• 我们可以把函子想象成一个盒子，这个盒子里封装了一个值
• 想要处理盒子中的值，我们需要给盒子的 map 方法传递一个处理值的函数（纯函数），由这
  个函数来对值进行处理
• 最终 map 方法返回一个包含新值的盒子（函子）

常见函子

• Maybe
• Either
• IO
• Point
• Monad