为什么大佬更喜欢函数式编程

在学习 Haskell 之前,作者一直使用主流语言,如 Java、C 和 C++——现在他仍然喜欢它们。那么,一个命令式开发人员如何转变成了一个 Haskell 开发者?他将在本文中将对此做出解释——尤其是对那些在函数式编程方面经验较少的开发人员。

首先,我将通过对一些主题的讨论比较函数式编程和面向对象编程,因为它是最流行的范式。在第一个代码示例中,我将简要介绍 Haskell 的语法,因为我将在本文中使用它。

控制流

控制流描述你如何告诉程序做什么——形成算法。基本控制元素有以下三种:

顺序——顺序执行代码

重复——重复执行代码

选择——根据条件将代码划分成分支

面向对象编程

顺序是语句逐行执行

重复是循环,如 for 或 while 语句,或递归

选择是 if … else 或 switch 语句

下面这个简单的例子使用 Java 实现文本居中显示。该文本是作为一个字符串数组传入的。每一行是这个数组的一个元素:

void alignCenter(String[] text)

{

int maxLength = 0;

for (String line : text) {

if (line.length() > maxLength) {

maxLength = line.length();

}

}

for (int i = 0; i < text.length; ++i)

{

int spaceCount = (maxLength - text[i].length()) / 2;

StringBuilder builder = new StringBuilder();

for (int j = 0; j < spaceCount; ++j)

{

builder.append(' ');

}

builder.append(text[i]);

text[i] = builder.toString();

}

}

函数式编程

顺序是链式调用

重复是递归

选择是模式匹配,或 case … of 或 if … else 表达式

下面是同一个例子的 Haskell 实现,展示模式匹配和递归的用法:

alignCenter :: [String] -> [String]

alignCenter xs = alignCenter' maxLength xs

where maxLength = maximum (map length xs)

alignCenter' :: Int -> [String] -> [String]

alignCenter' _ [] = []

alignCenter' n (x:xs) = (replicate spaceCount ' ' ++ x) : alignCenter' n xs

where spaceCount = div (n - length x) 2

下面是一个没有使用递归的简化版本,使用了 map 和 lambda 函数:

alignCenter :: [String] -> [String]

alignCenter xs = map (\\x -> replicate (div (n - length x) 2) ' ' ++ x) xs

where n = maximum (map length xs)

Haskell 简介

函数的第一行是签名。签名 alignCenter :: [String] -> [String] 告诉我们这是一个名为 alignCenter 的函数,其输入是一个字符串列表,输出是一个新字符串列表(从左往右读)。

第一个函数确定字符串列表中最长的行,并调用第二个函数。我们通过一个简单的表达式 maximum (map length xs) 终止第一个循环。那么它是如何工作的?让我们看下涉及到的所有函数的签名。

length :: [a] -> Int

map :: (a -> b) -> [a] -> [b]

maximum :: [a] -> a

length 函数的输入是一个任意类型的列表,输出是一个 Int 值。类型签名中的所有小写类型都是类型变量,类似于 Java 中 List 里的 T。我认为函数的功能非常明了。

map 函数接收两个参数,第一个是 a -> b 类型的函数,第二个是 [a],返回值是 [b]。那么,“它接收一个函数作为参数”是什么意思呢?是的,这是真的。你可以将函数作为参数传递,不过不能是函数指针(如 C 语言中),也不能是方法引用(如 Java 语言中),要是作为第一类值的真正函数。以函数为参数或返回新函数作为结果的函数称为高阶函数。那么,这个函数是干什么用的呢?它将 [a] 的每个元素传递给 a -> b 函数,后者将 a 转换为 b,并把它们汇集到一个新列表 [b] 中。

现在让我们解析下类型变量 map length xs,其中,xs 是 [String] 类型。

map :: (String -> Int) -> [String] -> [Int]

你需要知道 String 是 [Char] 类型的同义词,表示字符列表。这就是为什么它兼容 length 函数。表达式 map length [“Hello”, “World!”] 会被解析成 [5, 6]。我们感兴趣的是列表中最长字符串的长度,因此,我们将结果列表传给 maximum,它会返回列表中长度最大的元素,即 6。我们看下第二个函数:

alignCenter' :: Int -> [String] -> [String]

你可能已经注意到函数名末尾的’。没有什么特别的,它只是 Haskell 中一个有效的标识符字符,因为它在数学中是一个常用符号,表示与先前标识符相关的名称。该函数是递归的,我们遍历文本的每一行,进行转换,并将转换后的行放在所有剩余元素的递归调用之前。

alignCenter’ _[] =[] 这行代码是递归基本型。它的意思是:如果第二个参数是空列表,那么返回一个空列表,因为没有什么可做。在这种情况下,我们对第一个参数的值不感兴趣,所以我们不需要为它命名而只需要以 _ 表示。

以下几行代码就完成了整个工作:

alignCenter' n (x:xs) = (replicate spaceCount ' ' ++ x) : alignCenter' n xs

where spaceCount = div (n - length x) 2

我们将第一个参数绑定到 n,将第二个参数(一个列表)与模式 (x:xs) 进行匹配,这意味着:将列表的第一个元素绑定到 x,其余所有元素绑定到 xs。我们会根据需要复制空格,将它们与当前元素 x 串在一起,并在所有剩余的元素 xs 递归调用的结果列表前加上:。就这些。

在递归操作(reduction step)之前声明递归的结束条件(base case)非常重要,因为编译器自顶向下运行,并采用它找到的第一个匹配模式。

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