函数式编程
CouriourC Lv4
  2024-03-29 09:25:51 2024-03-29 09:25   

一句话简述

函数式函数式编程，是一种从数据流和数据关系的思考方式，可读性强且安全。Pay attention!!! 函数表示一切，包括数字。

约定

本文使用 Dart 语言描述，对于编程范式，具体是什么语言并不重要，只是顺手而已。

为什么需要函数式编程

可预测、Bug 少

函数式编程中，以函数为载体，数据流为驱动，数据是不允许篡改的，数据的操作是公开的，数据的流动是可预测的。这样就能很好的规避竞态问题。

易于测试

以函数为叙述单元，只需要知道数据的来源，对于数据的返回值是，正如之前所说，可预测的数据流，那么就很容易将用例拆分，从而做到测试。

移植性高

函数为思考主体，从而做到模块化。

函数式编程是什么

根据维基百科所述，函数式编程(又叫做函数程序设计、泛函编程、Functional Programing)，是一种编程范式，它将电脑运算视为函数运算，并且避免使用程序[状态]( https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=状态_ (%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%A7%91%E5%AD%A6)&action=edit&redlink=1)以及可变物件。从定义出发，有两个关键点：

  • 函数运算。
    在 函数式编程中，函数就是头等公民，你可以将函数名当作变量赋值给其他变量，使用方式不受影响。比如
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void main() {
  // 定义一个减法
  int minus(int a,int b){
    return a-b;
  }
  // 定义一个加法
  var add = (int a,int b)=>a+b;
  // 将 minus 赋值给另外一个变量
  var minusTwo = minus;
  // 使用函数
  print(add(1,2)); // 输出 3
  print(minus_2(1,2)); // 输出 -1
}

  • 状态及可变性管理。
    函数式编程中的特点是，纯函数，所谓纯函数是指相同的输入总会得到相同的输出，并且不会产生副作用的函数。

这和数学中的关注点一样 f(data) = (other_state_data)，也就是 dataIn，dataOut，这个之间只是来自于我们的函数作用不同，进一步请关联一下数学中基本的函数基础，单调性、对称性、复合函数、甚至是一些其他复杂的概念，这是函数的切入点。数据的切入点则可以理解数据流，数据如同水流一样，在奔向大海的途中，有阻碍，有汇入，但是本质还是那一堆水的映射。所谓副作用，就是不污染全局，但是接受闭包。

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// 全局的作用域
var globalVarity = 0;

dirty(){
	// 污染全局变量
	globalVarity++;
}
// 又一个函数调用
dirtyTwo(){
	globalVarity++;
}
// 那么在并发的时候,Opps 你猜是什么，这还是微任务的情况下，是可预见的。
main(){
  while ( globalVarity < 10) {
    Future.delayed(Duration(seconds: 0),(){
      dirty();
      print('for 1 $globalVarity');
    });
    Future.delayed(Duration(seconds: 0),(){
      dirtyTwo();
      print('for 2 $globalVarity');
    });
    // 篡改
    globalVarity++;
  }
	// 面目全非的 globalVarity;
}

函数式编程与其他范式的区别

面向过程编程

命令式编程，就是 one by one，这种思考方式偏向于原子化，经典的例子：把大象关进冰箱需要几步。面向对象的描述方式是说，第一步，打开冰箱，第二步装入冰箱，第三步关上冰箱。

面向对象编程

面向对象编程，将操作方式进行分类，让动作属于某一个对象，然后进行架构。依然以关大象举例，大象打开了冰箱（对象作用），大象走进了冰箱，大象关上了门。

声明式编程 (面向字典编程 🧠)

声明式编程，一切都已经安排好了，是一套预定的规则，比如 CSS，你只需要加上合适的属性，就能完成编程，底层已经为您做了实现。还是以上面关大象为例子，大象可以被装进冰箱，冰箱可以装大象。然后声明，大象在冰箱中。

函数式编程起源：λ 演算

λ 演算和图灵机等价（图灵完备，作为一种研究语言又很方便）。

所以 λ 演算式就三个要点：

  1. 绑定关系。变量任意性，x、y 和 z 都行，它仅仅是具体数据的代称。

  2. 递归定义。λ 项递归定义，M 可以是一个 λ 项。

  3. 替换归约。λ 项可应用，空格分隔表示对 M 应用 N，N 可以是一个 λ 项。

比如这样的演算式：


上面的演算式表示有一个函数 f 和一个参数 x。令 0 为 x，1 为 f x，2 为 f f x…，这就像我们数学中的幂：a^x（a 的 x 次幂表示 a 对自身乘 x 次）。相应的，我们理解上面的演算式就是数字 n 就是 f 对 x 作用的次数。有了这个数字的定义之后，我们就可以在这个基础上定义运算。

对应到我们前端使用的结果其实就是

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// 0 在函数中理解为不作为，就是什么都不做
const zero = f=>x=>x;
// 进入了一个层级
const one = f=>x=>f();

// 定义加法
const add = (n,m)=>f=>()=>m(f)(n(f)())
// 那么 2 就是
const two = add(one,one)

// 给2传一个函数,会打印2次:
two(function () {
    console.log('print 2 times');
})();

// 计算数字3 = 1 + 2:
let three = add(one, two);
three(function () {
    console.log('print 3 times');
})();

在函数式编程的世界中，一切皆函数，函数是一等公民。一等公民这个名字听起来很高大上，但是也相当晦涩，这个词也不是翻译的不好，因为英文原文中叫 first class citizen 很多人包括我也不知所云。其实所谓一等公民，它的意思是函数与基本数据类型一样，可作为函数的入参，也可作为函数的返回值，函数可以赋值给变量。我们知道在平常的命令式编程语言中（例如 Java）中，函数的返回值比较简单，只能是基本数据类型（整型，布尔，字符串等）或者是一个 Object。而在 JavaScript 函数是第一公民，因此我们也可以在函数中返回函数。正因为有了这种属性，函数的入参可以是函数，函数的返回值可以是函数，于是便有了高阶函数，以及各种骚操作和一些看起来很炫酷的语法糖。可以说函数为第一公民是函数式编程的必要条件。

前端中常见的 FP 概念

From Functional Programming Jargon(opens new window)

  • Higher-Order Functions (HOF)：高阶函数
  • Closure：闭包（数学集合中的概念）
  • Currying：柯里化
  • Function Composition：函数组合
  • Pure Function：纯函数
  • Side effects：副作用
  • Point-Free Style：隐式参数
  • Functor：函子
  • Lambda Calculus：Lambda 演算
  • Lazy evaluation：惰性求值

Ramdajs

Ramda 主要特性如下：

  1. Ramda 强调更加纯粹的函数式风格。数据不变性和函数无副作用是其核心设计理念。这可以帮助你使用简洁、优雅的代码来完成工作。
  2. Ramda 函数本身都是自动柯里化的。这可以让你在只提供部分参数的情况下，轻松地在已有函数的基础上创建新函数。
  3. Ramda 函数参数的排列顺序更便于柯里化。要操作的数据通常在最后面。

Ramda 中有关 FP 概念的 API

  • partial
  • curry
  • lift
  • compose/pipe

RxJS

RxJS 是一个库，它通过使用 observable 序列来编写异步和基于事件的程序。它提供了一个核心类型 Observable，附属类型 (Observer、 Schedulers、 Subjects) 和受 [Array#extras] 启发的操作符 (map、filter、reduce、every, 等等)，这些数组操作符可以把异步事件作为集合来处理。

在 RxJS 中用来解决异步事件管理的的基本概念是：

  • Observable (可观察对象): 表示一个概念，这个概念是一个可调用的未来值或事件的集合。
  • Observer (观察者): 一个回调函数的集合，它知道如何去监听由 Observable 提供的值。
  • Subscription (订阅): 表示 Observable 的执行，主要用于取消 Observable 的执行。
  • Operators (操作符): 采用函数式编程风格的纯函数 (pure function)，使用像 map、filter、concat、flatMap 等这样的操作符来处理集合。
  • Subject (主体): 相当于 EventEmitter，并且是将值或事件多路推送给多个 Observer 的唯一方式。
  • Schedulers (调度器): 用来控制并发并且是中央集权的调度员，允许我们在发生计算时进行协调，例如 setTimeout 或 requestAnimationFrame 或其他。

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