JavaScript函数式编程

为什么使用函数式编程

• 函数式编程时随着React的流行受到越来越多的关注
• Vue3也开始拥抱函数式编程
• 函数式编程可以抛弃this
• 打包过程中可以更好的利用 tree shaking 过滤无用代码
• 方便测试、方便并行处理
• 有很多库可以帮助我们进行函数式开发:lodash、underscore、ramda

什么是函数式编程

函数式编程(Function 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

//非函数式
let num1 = 2;
let num2 = 3;
let sum = sum1 + sum2;
console.log(sum)

//函数式
function add(n1,n2){
  return n1 + n2
}
let sum = add(2,3)
console.log(sum)

函数是一等公民

MDN First-class Function

• 函数可以存储在变量中
• 函数作为参数
• 函数作为返回值

在JavaScript中函数就是一个普通的对象(可以通过 new Function() ), 我们可以把函数存储到变量/数组中, 它还可以作为另一个函数的参数和返回值, 甚至我们可以在程序运行的时候通过 new Function(‘alert(1)’) 来构造一个新的函数

//把函数赋值给变量
let fn = function(){
  console.log('Hellow First-class Function')
}
fn()
//一个示例
const BlogController = {
   index(ports) { return Views.index(posts) },
   show(post) { return Views.show(post) },
   create(attrs) { return Db.create(attrs) },
   update(post,attrs) { return Db.update(post,attrs) }
   destroy(post) { return Db.destroy(post) }
}
//优化
const BlogController = {
   index : Views.index,
   show : Views.show,
   create : Db.create,
   update : Db.update,
   destroy : Db.destroy
}

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

//高阶函数-函数作为参数
function forEach(array,fn){
   for(let i=0; i<array.length; i++){
     fn(array(i))
   }
}
function filter(array,fn){
    let results = []
    for(let i=0; i<array.length; i++){
     if(fn(array[i])){
        results.push(array[i])
     }
   }
   return results
}

//高阶函数--函数作为返回值
function makeFn(){
   let msg = 'Hello function'
   return function(){
     console.log(msg)
   }
}
makeFn()()

//once 如:用户多次重复点击下单,应只生成一个订单
function once(fn){
  let done = false
  return function(){
    if(!done){
      done = true
      return fn.apply(this,arguments)
    }
  }
}
let pay = once(function(money){
  console.log(`支付:${money}RMB`)
})
pay(5)
pay(5)
pay(5)

使用高阶函数的意义

• 抽象可以帮我们屏蔽细节, 只需要关注我们的目标
• 高阶函数是用来抽象通用的问题

常用的高阶函数
forEach map filter every some find/findIndex reduce sort…

闭包

闭包(closure): 函数和其周围的状态(词法环境)的引用捆绑在一起形成闭包。可以在另一个作用域中调用一个函数的内部函数并访问到该函数的作用域中的成员

闭包的本质: 函数在执行的时候会放到一个执行栈上当函数执行完毕之后会从执行栈上移除, 但是堆上的作用域成员因为被外部引用不能释放, 因此内部函数依然可以访问外部函数的成员

好处: 延长了外部函数内部变量的作用范围

function makePower(power){
   return function(number){
     return Math.pow(number, power)
   }
}
//平方
let power2 = makePower(2)
//立方
let power3 = makePower(3)

console.log(power2(4))
console.log(power2(5))
console.log(power3(4))

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
纯函数就类似数学中的函数 y=f(x)

lodash是一个纯函数的功能库, 提供了对数组、数字、对象、字符串、函数等操作的一些方法

const _ = require('lodash')
const array=['Jack', 'tom', 'lucy', 'kate']
console.log(_.firse(array)) //数组中的第一个元素
console.log(_.last(array))  //数组中的最后一个元素
console.log(_.toUpper(_.first(array))) //数组第一个字符串变为大写
console.log(_.reverse(array)) //反转 该方法会影响原数组
_.each(array,(item,index)=>{})  //遍历
...

数组的 slice 和 splice 分别是: 纯函数和不纯的函数

• slice 返回数组中的指定部分, 不会改变原数组
• splice 对数组进行操作返回该数组, 会改变原数组

纯函数的好处 :

• 可缓存 (因为纯函数对相同的输入始终有相同的结果, 所以可以把纯函数的结果缓存起来)
• 可测试 (纯函数让测试更方便)
• 并行处理 (在多线程环境下并行操作共享的内存数据很可能会出现意外情况, 纯函数不需要防控共享的内存数据, 所以在并行环境下可以运行任意纯函数(Web Worker) )

//可缓存
//lodash中提供了一个记忆函数  _.memoize
const _ = require('lodash')
function getArea(r){
   console.log(r)
   return Math.PI*r*r
}

let getAreaWithMemory = _.memoize(getArea)
console.log(getAreaWithMemory(4))
console.log(getAreaWithMemory(4))
console.log(getAreaWithMemory(4))
//只有第一次会执行getArea中的打印r,后面两次直接打印面积
//后面直接从缓存中取

//模拟memoize方法的实现
function memoize(f){
   let cache = {}
   return function(){
     let key = JSON.stringify(arguments)
     cache[key] = cache[key] || f.apply(f,arguments)
     return cache[key]
   }
}

如果函数依赖于外部的状态就无法保证输出相同, 就会带来副作用, 副作用让一个函数变的不纯

副作用来源

• 配置文件
• 数据库
• 获取用户的输入
• …

所有外部交互都有可能产生副作用, 副作用也使得方法通用性下降, 不适合扩展和可重用性, 同时副作用会给程序中带来安全隐患给程序带来不确定性, 但是副作用不可能完全禁止, 尽可能控制它们在可控范围内发生。

柯里化(Haskell Brooks Curry)

• 当一个参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

//普通代码块
function checkAge(min,age){
  return age >= min
}
//柯里化
function checkAge(min){
  return function age(){
    return age >= min
  }
}
//ES6箭头函数
function checkAge = min => (age => age >= min)

lodash中的柯里化函数
_.curry(func)

• 功能: 创建一个函数, 该函数接收一个或多个func的参数, 如果func所需要的参数都被提供则执行func并返回执行的结果。否则继续返回该函数并等待接收剩余的参数
• 参数: 需要柯里化的函数
• 返回值: 柯里化后的函数

//lodash 中的 curry 基本使用
const _ = require('lodash')

function getSum(a,b,c){
   return a + b + c
}
const curried = _.curry(getSum)
console.log(curried(1,2,3))
console.log(curried(1)(2,3))
console.log(curried(1,2)(3))
console.log(curried(1)(2)(3))

//柯里化案例
//''.match(/\s+/g) //匹配字符串中的空格
//''.match(/\d+/g)  //匹配字符串中的数字
const match = _.cuury(function (reg,str){
  return str.match(reg)
})
const haveSpace = match(/\s+/g)
const haveNumber = match(/\d+/g)
console.log(haveSpace('hello world'))
//如果有空白字符提取出来并返回数组格式,如果没有空白字符返回null

const filter = _.curry(function(func,array){
  return array.filter(func)
})
//判断数组中的有空白字符的元素
const findSpace = filter(haveSpace)

模拟实现lodash中的_.curry方法

function curry(func){
  return function curriedFn(..args){
    //判断实参和形参的个数
    if(args.length < func.length){
      return function(){
         return curriedFn(...args.concat(Array.from(arguments)))
      }
    }
    return func(...args)
  }
}

总结:

• 柯里化可以让我们给一个函数传递较少的参数得到一个已经记住了某些固定参数的新函数
• 这是一种对函数参数的’缓存’
• 让函数变得更灵活, 让函数的粒度更小
• 可以把多元函数转换成一元函数, 可以组合使用函数产生强大的功能

函数组合

纯函数和柯里化很容易写出洋葱代码 h(g(f(x))), 例如获取数组的最后一个元素再转换成大写字母_.toUpper(_ .first(_ .reverse(array)))
使用函数组合可以让我们把细粒度的函数重新组合生成一个新的函数

函数组合(compose): 如果一个函数要经过多个函数处理才能得到最终值, 这个时候可以把中间过程的函数合并成一个函数

• 函数就像是数据的管道, 函数组合就是把这些管道连接起来, 让数据穿过多个管道形成最终结果
• 函数组合默认是从右到左执行

function compose(f,g){
  return function (value){
    return f(g(value))
  }
}
function reverse(array){
  return array.reverse()
}
function first(array){
  return array[0]
}
const last = compose(first, reverse)
console.log(last[1,2,3,4])

lodash中的组合函数
lodash中组合函数 flow() 或者 flowRight(), 他们都可以组合多个函数, flow()是从左到右运行, flowRight()是从右到左运行, 使用的更多一些

const _ = require('lodash')
const reverse = arr => arr.reverse()
const first = arr => arr[0]
const toUpper = s => s.toUpperCase()

const f = _. flowRight(toUpper,firse,reverse)
//lodash
const f = _.flowRight(_)

//封装flowRight
function flowRight(...args){
   return function(value){
     return args.reverse().reduce(function(acc,fn){
       return fn(acc)
     },value)
   }
}
//箭头函数
const flowRight = (...args) => value => args.reverse().reduce((acc,fn)=>fn(acc),value)

函数的组合要满足结合律

//结合律(associativity)
let f = compose(f,g,h)
let associative = compose(compose(f,g),h)===compose(f,compose(g,h))
//true,我们既可以把g和h组合,还可以把f和g组合,结果都是一样的

lodash中的FP模块
lodash的fp模块提供了使用的对函数式编程友好的方法,提供了不可变 auto-curried (柯里化的) iteratee-first data-last (函数优先, 数据之后) 的方法

//lodash模块
const _ = require('lodash')

_.map(['a','b','c'], _.toUpper)
_.split('Hello World', ' ')

//lodash/fp模块
const fp = require('lodash/fp')
//柯里化的   函数在先  数据之后
fp.map(fp.toUpper,['a','b','c'])
fp.map(fp.toUpper)(['a','b','c'])
fp.split(' ','Hello World')
fp.split(' ')('Hello World')

//NEVER SAY DIE -> never-say-die
const fp = require('lodash/fp')
const f = fp.flowRight(fp.join('-'),fp.map(fp.toLower),fp.split(' '))
f('NEVER SAY DIE')

//lodash和lodash/fp模块中map方法的区别
//lodash中的map方法所接收的函数的参数是三个,第一个处理的每一个元素,第二个是索引,第三个是数组, fp中的map方法所接收的函数的参数只有一个就是每一个元素
const _ =require('lodash')
console.log(_.map(['23','8','10'], parseInt)) //[23,NaN,2]
//parseInt('23', 0, array)
//parseInt('8', 1, array)
//parseInt('10', 2, array)

 const fp = require('lodash/fp')
 console.log(fp.map(parseInt, ['23','8','10']))

Point Free

Point Free: 我们可以把数据处理的过程定义成与数据无关的合成运算, 不需要用到代表数据的那个参数, 只要把简单的运算步骤合成到一起, 在使用这种模式之前我们需要定义一些辅助的基本运算函数

// 非 Point Free 模式
// Hello World => hello_world
function f (word){
  return word.toLowerCase().replace(/\s+/g,'_')
}

//Point Free
const fp = require('lodash/fp')

const f = fp.flowRight(fp.replace(/\s+/g,'_'), fp.toLower)

console.log(f('Hello World'))

//把一个字符串中的首字母提取并转换成大写, 使用. 作为分隔符
//World Wild Web ===> W. W. W
const fp = require('lodash/fp')
const firstLetterToUpper = fp.flowRight(fp.join('. '), fp.map(fp.flowRight(fp.first, fp.toUpper)), fp.split(' '))
console.log(firstLetterToUpper('World Wild Web'))

Functor(函子)

为什么要学函子: 在函数式编程中函子可以把副作用控制在可控的范围内、异常处理、异常操作等

什么是Functor

• 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, map方法可以运行一个函数对值进行处理(变形关系)

class Container{
  //把面向对象变为函数式编程
  static of(value){
    return new Container(value)
  }
  constructor(value){
     this._value = value
  }
  map(fn){
    return Container.of(fn(this._value))
  }
}
let r = Container.of(5)
        .map(x => x + 1)  //返回一个新的函子
        .map(x => x * x)  //链式编程
//r也是一个函子, 值包含在容器中, 不对外公布, 要对值处理, 调用map方法, map方法后会返回一个新的函子, 可以进行链式调用         

• 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)

Maybe 函子
在编程的过程中可能会遇到很多错误,需要对这些错误做相应的处理。Maybe函子的作用就是对外部的空值情况做处理(控制副作用在允许的范围)

class Maybe {
  static of(value){
    return new Maybe(value)
  }
  constructor(value){
    this._value = value
  }
  map(fn){
    return this.isNothing() ? Maybe.of(null) : Maybe.of(fn(this._value))
  }
  isNothing(){
    return this._value === null || this._value === undefined
  }
}

Either 函子
Either 两者中的任何一个, 类似于if…else…的处理。异常会让函数变的不纯, Either 函子可以用来做异常处理

class Left {
  static of (value){
    return new Left(value)
  }
  constructor(value){
    this._value = value
  }
  map(fn){
    return this
  }
}
class Right {
  static of (value){
    return new Right(value)
  }
  constructor(value){
    this._value = value
  }
  map(fn){
    return Right.of(fn(this._value))
  }
}
function parseJson(str){
   try{
     return Right.of(JSON.parse(str))
   }catch(e){
     return Left.of({ err:e.message })
   }
} 

IO 函子
IO 函子中的 _value 是一个函数, 这里把函数作为值来处理
IO 函子可以把不纯的动作存储到 _value 中, 延迟执行这个不纯的操作(惰性执行), 包装当前的操作, 把不纯的操作交给调用者来处理

//IO 函子
const fp = require('lodash/fp')

class IO {
  static of(value){
    return new IO(function(){
      return value
    })
  }
  constructor(fn){
    this._value = fn
  }
  map(fn){
    return new IO(fp.flowRight(fn, this._value))
  }
}
//调用
let r = IO.of(process).map(p => p.execPath)
r._value()

Task 函子
folktale中处理异步编程的函子
folktale 一个标准的函数式编程, 和lodash、ramda不同的是, 他没有提供很多功能函数, 只提供了一些函数式处理的操作, 例如: compose、curry等, 一些函子Task、 Either、MayBe等

//folktale中的compose、curry
const { compose, curry } = require('folktale/core/lamda')
const { toUpper, first } = require('lodash/fp')

//folktale中curry的第一个参数指明后面函数的参数个数
let f = curry(2 , (x,y)=>{
   return x + y
})
console.log(f(1)(2)) //3

let f = compose(toUpper, first)
console.log(f(['one','two'])) //ONE

//task函子
//读取package.json中的文件解析version
const fs = require('fs')
const { task } = require('folktale/concurrency/task')
const { split, find } = require('lodash/fp')

function readFile(filename){
  return task(resolver => {
    fs.readFile(filename, 'utf-8', (err, data)=>{
       if(err) resolver.reject(err)
       
       resolver.resolve(data)
    } )
  })
}
readFile('package.json')
  .map(split('\n'))
  .map(find(x => x.includes('version')))
  .run()
  .listen({
    onRejected: err=>{
      console.log(err)
    },
    onResolve: value=>{
      console.log(value)
    }
  })

pointed 函子
pointed 函子是实现了 of 静态方法的函子
of 方法是为了避免使用 new 来创建对象, 更深层的含义是 of 方法用来把值放到上下文 Context (把值放到容器中, 使用map来处理值)

class Container{
  static of(value){
    return new Container(value)
  }
  ...
}
Container.of(2)
   .map(x => x+5)

Monad 函子
Monad 函子是可以变扁的 Pointed 函子, IO(IO(x))
一个函子如果具有 join 和 of 两个方法并遵守一些定律就是一个 Monad