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一、引言

函數(shù)式編程的歷史已經(jīng)很悠久了，但是最近幾年卻頻繁的出現(xiàn)在大眾的視野，很多不支持函數(shù)式編程的語言也在積極加入閉包，匿名函數(shù)等非常典型的函數(shù)式編程特性。大量的前端框架也標(biāo)榜自己使用了函數(shù)式編程的特性，好像一旦跟函數(shù)式編程沾邊，就很高大上一樣，而且還有一些專門針對函數(shù)式編程的框架和庫，比如：RxJS、cycleJS、ramdaJS、lodashJS、underscoreJS 等。函數(shù)式編程變得越來越流行，掌握這種編程范式對書寫高質(zhì)量和易于維護(hù)的代碼都大有好處，所以我們有必要掌握它。

二、什么是函數(shù)式編程

維基百科定義：函數(shù)式編程（英語：functional programming），又稱泛函編程，是一種編程范式，它將電腦運算視為數(shù)學(xué)上的函數(shù)計算，并且避免使用程序狀態(tài)以及易變對象。

三、純函數(shù)（函數(shù)式編程的基石，無副作用的函數(shù)）

在初中數(shù)學(xué)里，函數(shù) f 的定義是：對于輸入 x 產(chǎn)生一個唯一輸出 y=f(x)。這便是純函數(shù)。它符合兩個條件：1.此函數(shù)在相同的輸入值時，總是產(chǎn)生相同的輸出。函數(shù)的輸出和當(dāng)前運行環(huán)境的上下文狀態(tài)無關(guān)。2.此函數(shù)運行過程不影響運行環(huán)境，也就是無副作用（如觸發(fā)事件、發(fā)起 http 請求、打印/log 等）。簡單來說，也就是當(dāng)一個函數(shù)的輸出不受外部環(huán)境影響，同時也不影響外部環(huán)境時，該函數(shù)就是純函數(shù)，也就是它只關(guān)注邏輯運算和數(shù)學(xué)運算，同一個輸入總得到同一個輸出。javascript 內(nèi)置函數(shù)有不少純函數(shù)，也有不少非純函數(shù)。

純函數(shù)：Array.prototype.sliceArray.prototype.mapString.prototype.toUpperCase

非純函數(shù)：Math.randomDate.nowArray.ptototype.splice

這里我們以 slice 和 splice 方法舉例：

var xs = [1,2,3,4,5];
// 純的
xs.slice(0,3);
//=> [1,2,3]
xs.slice(0,3);
//=> [1,2,3]
xs.slice(0,3);
//=> [1,2,3]

// 不純的
xs.splice(0,3);
//=> [1,2,3]
xs.splice(0,3);
//=> [4,5]
xs.splice(0,3);
//=> []

我們看到調(diào)用數(shù)組的 slice 方法每次返回的結(jié)果完全相同，同時 xs 不會被改變，而調(diào)用 splice 方法每次返回值都不一樣，同時 xs 變得面目全非。這就是我們強調(diào)使用純函數(shù)的原因，因為純函數(shù)相對于非純函數(shù)來說，在可緩存性、可移植性、可測試性以及并行計算方面都有著巨大的優(yōu)勢。這里我們以可緩存性舉例：

var squareNumber  = memoize(function(x){ return x*x; });
squareNumber(4);
//=> 16
squareNumber(4); // 從緩存中讀取輸入值為 4 的結(jié)果
//=> 16

那我們?nèi)绾伟岩粋€非純函數(shù)變純呢？比如下面這個函數(shù)：

var minimum = 21;
var checkAge = function(age) {
  return age >= minimum;
};

這個函數(shù)的返回值依賴于可變變量 minimum 的值，它依賴于系統(tǒng)狀態(tài)。在大型系統(tǒng)中，這種對于外部狀態(tài)的依賴是造成系統(tǒng)復(fù)雜性大大提高的主要原因。

var checkAge = function(age) {
  var minimum = 21;
  return age >= minimum;
};

通過改造，我們把 checkAge 變成了一個純函數(shù)，它不依賴于系統(tǒng)狀態(tài)，但是 minimum 是通過硬編碼的方式定義的，這限制了函數(shù)的擴展性，我們可以在后面的柯里化中看到如何優(yōu)雅的使用函數(shù)式解決這個問題。所以把一個函數(shù)變純的基本手段是不要依賴系統(tǒng)狀態(tài)。

四、函數(shù)柯里化

curry 的概念很簡單：將一個低階函數(shù)轉(zhuǎn)換為高階函數(shù)的過程就叫柯里化。用一個形象的比喻就是：比如對于加法操作：var add = (x, y) => x + y，我們可以這樣柯里化：

//es5寫法
var add = function(x) {
  return function(y) {
    return x + y;
  };
};

//es6寫法
var add = x => (y => x + y);

//試試看
var increment = add(1);
var addTen = add(10);

increment(2);  // 3

addTen(2);  // 12

對于加法這種極其簡單的函數(shù)來說，柯里化并沒有什么用。還記得上面的 checkAge 函數(shù)嗎？我們可以這樣柯里化它：

var checkage = min => (age => age > min);
var checkage18 = checkage(18);
checkage18(20);
// =>true

這表明函數(shù)柯里化是一種“預(yù)加載”函數(shù)的能力，通過傳遞一到兩個參數(shù)調(diào)用函數(shù)，就能得到一個記住了這些參數(shù)的新函數(shù)。從某種意義上來講，這是一種對參數(shù)的緩存，是一種非常高效的編寫函數(shù)的方法：

var curry = require('lodash').curry;

//柯里化兩個純函數(shù)
var match = curry((what, str) => str.match(what));
var filter = curry((f, ary) => ary.filter(f));

//判斷字符串里有沒有空格
var hasSpaces = match(/\s+/g);

hasSpaces("hello world");  // [ ' ' ]
hasSpaces("spaceless");  // null

var findSpaces = filter(hasSpaces);

findSpaces(["tori_spelling", "tori amos"]);  // ["tori amos"]

五、函數(shù)組合

假設(shè)我們需要對一個字符串做一些列操作，如下，為了方便舉例，我們只對一個字符串做兩種操作，我們定義了一個新函數(shù) shout，先調(diào)用 toUpperCase，然后把返回值傳給 exclaim 函數(shù)，這樣做有什么不好呢？不優(yōu)雅，如果做得事情一多，嵌套的函數(shù)會非常深，而且代碼是由內(nèi)往外執(zhí)行，不直觀，我們希望代碼從右往左執(zhí)行，這個時候我們就得使用組合。

var toUpperCase = function(x) { return x.toUpperCase(); };
var exclaim = function(x) { return x + '!'; };

var shout = function(x){
  return exclaim(toUpperCase(x));
};

shout("send in the clowns");
//=> "SEND IN THE CLOWNS!"

使用組合，我們可以這樣定義我們的 shout 函數(shù)：

//定義compose
var compose = (...args) => x => args.reduceRight((value, item) => item(value), x);

var toUpperCase = function(x) { return x.toUpperCase(); };
var exclaim = function(x) { return x + '!'; };

var shout = compose(exclaim, toUpperCase);

shout("send in the clowns");
//=> "SEND IN THE CLOWNS!"

代碼從右往左執(zhí)行，非常清晰明了，一目了然。我們定義的 compose 像 N 面膠一樣，可以將任意多個純函數(shù)結(jié)合到一起。這種靈活的組合可以讓我們像拼積木一樣來組合函數(shù)式的代碼：

var head = function(x) { return x[0]; };
var reverse = reduce(function(acc, x){ return [x].concat(acc); }, []);
var last = compose(head, reverse);

last(['jumpkick', 'roundhouse', 'uppercut']);
//=> 'uppercut'

六、聲明式和命令式代碼

命令式代碼：命令“機器”如何去做事情(how)，這樣不管你想要的是什么(what)，它都會按照你的命令實現(xiàn)。聲明式代碼：告訴“機器”你想要的是什么(what)，讓機器想出如何去做(how)。與命令式不同，聲明式意味著我們要寫表達(dá)式，而不是一步一步的指示。以 SQL 為例，它就沒有“先做這個，再做那個”的命令，有的只是一個指明我們想要從數(shù)據(jù)庫取什么數(shù)據(jù)的表達(dá)式。至于如何取數(shù)據(jù)則是由它自己決定的。以后數(shù)據(jù)庫升級也好，SQL 引擎優(yōu)化也好，根本不需要更改查詢語句。這是因為，有多種方式解析一個表達(dá)式并得到相同的結(jié)果。這里為了方便理解，我們來看一個例子：

// 命令式
var makes = [];
for (var i = 0; i < cars.length; i++) {
  makes.push(cars[i].make);
}

// 聲明式
var makes = cars.map(function(car){ return car.make; });

命令式的循環(huán)要求你必須先實例化一個數(shù)組，而且執(zhí)行完這個實例化語句之后，解釋器才繼續(xù)執(zhí)行后面的代碼。然后再直接迭代 cars 列表，手動增加計數(shù)器，就像你開了一輛零部件全部暴露在外的汽車一樣。這不是優(yōu)雅的程序員應(yīng)該做的。聲明式的寫法是一個表達(dá)式，如何進(jìn)行計數(shù)器迭代，返回的數(shù)組如何收集，這些細(xì)節(jié)都隱藏了起來。它指明的是做什么，而不是怎么做。除了更加清晰和簡潔之外，map 函數(shù)還可以進(jìn)一步獨立優(yōu)化，甚至用解釋器內(nèi)置的速度極快的 map 函數(shù)，這么一來我們主要的業(yè)務(wù)代碼就無須改動了。函數(shù)式編程的一個明顯的好處就是這種聲明式的代碼，對于無副作用的純函數(shù)，我們完全可以不考慮函數(shù)內(nèi)部是如何實現(xiàn)的，專注于編寫業(yè)務(wù)代碼。優(yōu)化代碼時，目光只需要集中在這些穩(wěn)定堅固的函數(shù)內(nèi)部即可。相反，不純的不函數(shù)式的代碼會產(chǎn)生副作用或者依賴外部系統(tǒng)環(huán)境，使用它們的時候總是要考慮這些不干凈的副作用。在復(fù)雜的系統(tǒng)中，這對于程序員的心智來說是極大的負(fù)擔(dān)。

七、Point Free

pointfree 模式指的是，永遠(yuǎn)不必說出你的數(shù)據(jù)。它的意思是說，函數(shù)無須提及將要操作的數(shù)據(jù)是什么樣的。一等公民的函數(shù)、柯里化（curry）以及組合協(xié)作起來非常有助于實現(xiàn)這種模式。

// 非 pointfree，因為提到了數(shù)據(jù)：word
var snakeCase = function (word) {
  return word.toLowerCase().replace(/\s+/ig, '_');
};

// pointfree
var snakeCase = compose(replace(/\s+/ig, '_'), toLowerCase);

這種風(fēng)格能夠幫助我們減少不必要的命名，讓代碼保持簡潔和通用。當(dāng)然，為了在一些函數(shù)中寫出 Point Free 的風(fēng)格，在代碼的其它地方必然是不那么 Point Free 的，這個地方需要自己取舍。

八、示例應(yīng)用

擁有了以上的知識，我們是時候該寫一個示例應(yīng)用了。這里我們使用了 ramda ，沒有用 lodash 或者其他類庫。ramda 提供了 compose、curry 等很多函數(shù)。我們的應(yīng)用將做四件事：1.根據(jù)特定搜索關(guān)鍵字構(gòu)造 url
2.向 flickr 發(fā)送 api 請求
3.把返回的 json 轉(zhuǎn)為 html 圖片
4.把圖片放到屏幕上上面提到了兩個不純的動作，即從 flickr 的 api 獲取數(shù)據(jù)和在屏幕上放置圖片這兩件事。我們先來定義這兩個動作，這樣就能隔離它們了。這里我們只是簡單包裝了一下 jQuery 的 getJSON 函數(shù)，把它變?yōu)橐粋€ curry 函數(shù)，還有就是把參數(shù)位置也調(diào)換了下，我們把它們放在 Impure 命名空間下以用來隔離，這樣我們就知道它們都是危險函數(shù)。運用函數(shù)柯里化和函數(shù)組合的技巧，我們就可以創(chuàng)建一個函數(shù)式的實際應(yīng)用了：預(yù)覽地址：demo^[1]看看，多么美妙的聲明式規(guī)范啊，只說做什么，不說怎么做?，F(xiàn)在我們可以把每一行代碼都視作一個等式，變量名所代表的屬性就是等式的含義。

九、總結(jié)

我們已經(jīng)見識到如何在一個小而不失真實的應(yīng)用中運用新技能了，但是異常處理以及代碼分支呢？如何讓整個應(yīng)用都是函數(shù)式的，而不僅僅是把破壞性的函數(shù)放到命名空間下？如何讓應(yīng)用更安全更富有表現(xiàn)力？我會在下一篇文章中介紹函數(shù)式編程的更加高階一些的知識，例如 Functor、Monad、Applicative 等概念。

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