編程範式 —— 函數式編程入門

該系列會有 3 篇文章，分別介紹什麼是函數式編程、剖析函數式編程庫、以及函數式編程在 React 中的應用，歡迎關注個人 blog

命令式編程和聲明式編程

拿泡茶這個事例進行區分命令式編程和聲明式編程

• 命令式編程

1.燒開水(爲第一人稱)
2.拿個茶杯
3.放茶葉
4.沖水

• 聲明式編程

1.給我泡杯茶(爲第二人稱)

舉個 demo

// 命令式編程
const convert = function(arr) {
  const result = []
  for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
    result[i] = arr[i].toLowerCase()
  }
  return result
}

// 聲明式編程
const convert = function(arr) {
  return arr.map(r => r.toLowerCase())
}

什麼是函數式編程

函數式編程是聲明式編程的範式。在函數式編程中數據在由純函數組成的管道中傳遞。

函數式編程能夠用簡單如交換律、結合律、分配律的數學之法來幫咱們簡化代碼的實現。

它具備以下一些特性:

• 純粹性: 純函數不改變除當前做用域之外的值;

// 反面示例
let a = 0
const add = (b) => a = a + b // 兩次 add(1) 結果不一致

// 正確示例
const add = (a, b) => a + b

• 數據不可變性: Immutable

// 反面示例
const arr = [1, 2]
const arrAdd = (value) => {
  arr.push(value)
  return arr
}

arrAdd(3) // [1, 2, 3]
arrAdd(3) // [1, 2, 3, 3]

// 正面示例
const arr = [1, 2]
const arrAdd = (value) => {
  return arr.concat(value)
}

arrAdd(3) // [1, 2, 3]
arrAdd(3) // [1, 2, 3]

在後記 1 中對數組字符串方法是否對原值有影響做了整理

• 函數柯里化: 將多個入參的函數轉化爲一個入參的函數;

const add = a => b => c => a + b + c
add(1)(2)(3)

• 偏函數: 將多個入參的函數轉化成兩部分;

const add = a => (b, c) => a + b + c
add(1)(2, 3)

• 可組合: 函數之間能組合使用

const add = (x) => x + x
const mult = (x) => x * x

const addAndMult = (x) => add(mult(x))

柯里化(curry)

以下是一個加法函數:

var add = (a, b, c) => a + b + c

add(1, 2, 3) // 6

假若有這樣一個 curry 函數, 用其包裝 add 函數後返回一個新的函數 curryAdd, 咱們能夠將參數 a、b 進行分開傳遞進行調用。

var curryAdd = curry(add)

// 如下輸出結果都相同
curryAdd(1, 2, 3) // 6
curryAdd(1, 2)(3) // 6
curryAdd(1)(2)(3) // 6
curryAdd(1)(2, 3) // 6

動手實現一個 curry 函數

核心思路: 若傳進去的參數個數未達到 curryAdd 的個數，則將參數緩存在閉包變量 lists 中:

function curry(fn, ...args) {
  const length = fn.length
  let lists = args || []

  let listLen
  return function (..._args) {
    lists = [...lists, ..._args]
    listLen = lists.length

    if (listLen < length) {
      const that = lists
      lists = []
      return curry(fn, ...that)
    } else if (listLen === length) {
      const that = lists
      lists = []
      return fn.apply(this, that)
    }
  }
}

代碼組合(compose)

如今有 toUpperCase、reverse、head 三個函數, 分別以下:

var toUpperCase = (str) => str.toUpperCase()
var reverse = (arr) => arr.reverse()
var head = (arr) => arr[0]

接着使用它們實現將數組末位元素大寫化輸出, 能夠這樣作:

var reverseHeadUpperCase = (arr) => toUpperCase(head(reverse(arr)))

reverseHeadUpperCase(['apple', 'banana', 'peach']) // "PEACH"

此時在構建 reverseHeadUpperCase 函數的時候, 必須手動聲明傳入參數 arr, 是否能提供一個 compose 函數讓使用者更加友好的使用呢? 相似以下形式:

var reverseHeadUpperCase = compose(toUpperCase, head, reverse)

reverseHeadUpperCase(['apple', 'banana', 'peach']) // "PEACH"

此外 compose 函數符合結合律, 咱們能夠這樣子使用:

compose(compose(toUpperCase, head), reverse)
compose(toUpperCase, compose(head, reverse))

以上兩種寫法與 compose(toUpperCase, head, reverse) 的效果徹底相同, 都是依次從右到左執行傳參中的函數。

此外 compose 和 map 一塊兒使用時也有相關的結合律, 如下兩種寫法效果相等

compose(map(f), map(g))
map(compose(f, g))

動手實現一個 compose 函數

代碼精華集中在一行以內, 其爲衆多開源庫(好比 Redux) 所採用。

var compose = (...args) => (initValue) => args.reduceRight((a, c) => c(a), initValue)

範疇論

範疇論是數學中的一個分支。能夠將範疇理解爲一個容器, 把原來對值的操做，現轉爲對容器的操做。以下圖:

學習函數式編程就是學習各類函子的過程。

函數式編程中, 函子(Functor) 是實現了 map 函數的容器, 下文中將函子視爲範疇，模型可表示以下:

class Functor {
  constructor(value) {
    this.value = value
  }

  map(fn) {
    return new Functor(fn(this.value))
  }
}

可是在函數式編程中, 要避免使用 new 這種面向對象的編程方式, 取而代之對外暴露了一個 of 的接口, 也稱爲 pointed functor。

Functor.of = value => new Functor(value)

Maybe 函子

Maybe 函子是爲了解決 this.value 爲 null 的情形, 用法以下:

Maybe.of(null).map(r => r.toUpperCase()) // null
Maybe.of('m').map(r => r.toUpperCase())  // Maybe {value: "M"}

實現代碼以下:

class Maybe {
  constructor(value) {
    this.value = value
  }

  map(fn) {
    return this.value ? new Maybe(fn(this.value)) : null
  }
}

Maybe.of = value => new Maybe(value)

Either 函子

Either 函子 是爲了對應 if...else... 的語法, 即非左即右。所以能夠將之拆分爲 Left 和 Right 兩個函子, 它們的用法以下:

Left.of(1).map(r => r + 1)  // Left {value: 1}

Right.of(1).map(r => r + 1) // Right {value: 2}

Left 函子實現代碼以下:

class Left {
  constructor(value) {
    this.value = value
  }

  map(fn) {
    return this
  }
}

Left.of = value => new Left(value)

Right 函子實現代碼以下(其實就是上面的 Functor):

class Right {
  constructor(value) {
    this.value = value
  }

  map(fn) {
    return new Right(fn(this.value))
  }
}

Right.of = value => new Right(value)

具體 Either 函數只是對調用 Left 函子 或 Right 函子 做一層篩選, 其接收 f、g 兩個函數以及一個函子(Left or Right)

var Either = function(f, g, functor) {
  switch(functor.constructor) {
    case 'Left':
      return f(functor.value)
    case 'Right':
      return g(functor.value)
    default:
      return f(functor.value)
  }
}

使用 demo:

Either((v) => console.log('left', v), (v) => console.log('def', v), left)   // left 1
Either((v) => console.log('rigth', v), (v) => console.log('def', v), rigth) // rigth 2

Monad 函子

函子會發生嵌套, 好比下面這樣:

Functor.of(Functor.of(1)) // Functor { value: Functor { value: 1 } }

Monad 函子 對外暴露了 join 和 flatmap 接口, 調用者從而能夠扁平化嵌套的函子。

class Monad {
  constructor(value) {
    this.value = value
  }

  map(fn) {
    return new Monad(fn(this.value))
  }

  join() {
    return this.value
  }

  flatmap(fn) {
    return this.map(fn).join()
  }
}

Monad.of = value => new Monad(value)

使用方法:

// join
Monad.of(Monad.of(1).join()) // Monad { value: 1 }
Monad.of(Monad.of(1)).join() // Monad { value: 1 }

// flatmap
Monad.of(1).flatmap(r => r + 1)  // 2

Monad 函子能夠運用在 I/O 這種不純的操做上將之變爲純函數的操做，目前比較懵懂，往後補充。

後記 1: 數組字符串方法小結(是否對原值有影響)

不會對原數組有影響的方法

slice

var test = [1, 2, 3]
var result = test.slice(0, 1)

console.log(test)   // [1, 2, 3]
console.log(result) // [1]

concat

var test = [1, 2, 3]
var result = test.concat(4)

console.log(test)   // [1, 2, 3]
console.log(result) // [1, 2, 3, 4]

對原數組有影響的方法

splice(這個須要特別記一下)

var test = [1, 2, 3]
var result = test.splice(0, 1)

console.log(test)   // [2, 3]
console.log(result) // [1]

sort

var arr = [2, 1, 3, 4]
arr.sort((r1, r2) => (r1 - r2))

console.log(arr) // [1, 2, 3, 4]

reverse

var test = [1, 2, 3]
var result = test.reverse()

console.log(test)   // [3, 2, 1]
console.log(result) // [3, 2, 1]

push/pop/unshift/shift

var test = [1, 2, 3]
var result = test.push(4)

console.log(test)   // [1, 2, 3, 4]
console.log(result) // 4

不會對原字符串形成影響的方法

substr/substring/slice

// substr
var test = 'abc'
var result = test.substr(0, 1)

console.log(test)   // 'abc'
console.log(result) // a

// substring
var test = 'abc'
var result = test.substring(0, 1)

console.log(test)   // 'abc'
console.log(result) // a

// slice
var test = 'abc'
var result = test.slice(0, 1)

console.log(test)   // 'abc'
console.log(result) // a

參考

• mostly-adequate-guide
• JavaScript 專題之函數柯里化
• 函數式編程入門教程