瞭解JavaScript函數式編程（二）

文章前後提到了 Maybe、Either、IO 這三種強大的 functor，在鏈式調用、惰性求值、錯誤捕獲、輸入輸出中都發揮着巨大的做用。

上一篇文章裏咱們提到了純函數的概念，所謂的純函數就是，對於相同的輸入，永遠會獲得相同的輸出，並且沒有任何可觀察的反作用，也不依賴外部環境的狀態(我偷懶複製過來的)。

可是實際的編程中，特別是前端的編程範疇裏，「不依賴外部環境」這個條件是根本不可能的，咱們老是不可避免地接觸到 DOM、AJAX 這些狀態隨時都在變化的東西。因此咱們須要用更強大的技術來幹這些髒活。

1、容器、Functor

若是你熟悉 jQuery 的話，應該還記得，$(...) 返回的對象並非一個原生的 DOM 對象，而是對於原生對象的一種封裝：

var foo = $('#foo'); 
foo == document.getElementById('foo'); 
//=> false 
foo[0] == document.getElementById('foo'); 
//=> true

這在某種意義上就是一個「容器」(但它並不函數式)。

接下類咱們會看到，容器爲函數式編程裏普通的變量、對象、函數提供了一層極其強大的外衣，賦予了它們一些很驚豔的特性，就好像 Tony Stark 的鋼鐵外衣，Dva 的機甲，明日香的2號機同樣。

下面咱們就來寫一個最簡單的容器吧：

var Container = function(x) { 
    this.__value = x; 
} 
Container.of = x => new Container(x); 
//試試看 
Container.of(1); 
//=> Container(1) 
Container.of('abcd'); 
//=> Container('abcd')

咱們調用 Container.of 把東西裝進容器裏以後，因爲這一層外殼的阻擋，普通的函數就對他們再也不起做用了，因此咱們須要加一個接口來讓外部的函數也能做用到容器裏面的值：

Container.prototype.map = function(f){ 
  return Container.of(f(this.__value)) 
}

咱們能夠這樣使用它：

Container.of(3) 
    .map(x => x + 1) //=> Container(4) 
    .map(x => 'Result is ' + x); //=> Container('Result is 4')

沒錯!咱們僅花了 7 行代碼就實現了很炫的鏈式調用，這也是咱們的第一個 Functor。

Functor(函子)是實現了 map 並遵照一些特定規則的容器類型。

也就是說，若是咱們要將普通函數應用到一個被容器包裹的值，那麼咱們首先須要定義一個叫 Functor 的數據類型，在這個數據類型中須要定義如何使用 map 來應用這個普通函數。

把東西裝進一個容器，只留出一個接口 map 給容器外的函數，這麼作有什麼好處呢?

本質上，Functor 是一個對於函數調用的抽象，咱們賦予容器本身去調用函數的能力。當 map 一個函數時，咱們讓容器本身來運行這個函數，這樣容器就能夠自由地選擇什麼時候何地如何操做這個函數，以至於擁有惰性求值、錯誤處理、異步調用等等很是牛掰的特性。

舉個例子，咱們如今爲 map 函數添加一個檢查空值的特性，這個新的容器咱們稱之爲 Maybe(原型來自於Haskell)：

var Maybe = function(x) { 
    this.__value = x; 
} 
 
Maybe.of = function(x) { 
    return new Maybe(x); 
} 
 
Maybe.prototype.map = function(f) { 
    return this.isNothing() ? Maybe.of(null) :     Maybe.of(f(this.__value)); 
} 
 
Maybe.prototype.isNothing = function() { 
    return (this.__value === null || this.__value === undefined); 
} 
//試試看 
import _ from 'lodash'; 
var add = _.curry(_.add); 
Maybe.of({name: "Stark"}) 
.map(_.prop("age")) 
.map(add(10)); 
//=> Maybe(null) 
Maybe.of({name: "Stark", age: 21}) 
.map(_.prop("age")) 
.map(add(10)); 
//=> Maybe(31)

看了這些代碼，以爲鏈式調用老是要輸入一堆 .map(...) 很煩對吧?這個問題很好解決，還記得咱們上一篇文章裏介紹的柯里化嗎?

有了柯里化這個強大的工具，咱們能夠這樣寫：

import _ from 'lodash'; 
var compose = _.flowRight; 
var add = _.curry(_.add); 
// 創造一個柯里化的 map 
var map = _.curry((f, functor) => functor.map(f)); 
var doEverything = map(compose(add(10), _.property("age"))); 
var functor = Maybe.of({name: "Stark", age: 21}); 
doEverything(functor); 
//=> Maybe(31)

2、錯誤處理、Either

如今咱們的容器能作的事情太少了，它甚至連作簡單的錯誤處理都作不到，如今咱們只能相似這樣處理錯誤：

try{ 
    doSomething(); 
}catch(e){ 
    // 錯誤處理 
}

try/catch/throw 並非「純」的，由於它從外部接管了咱們的函數，而且在這個函數出錯時拋棄了它的返回值。這不是咱們指望的函數式的行爲。 若是你對 Promise 熟悉的話應該還記得，Promise 是能夠調用 catch 來集中處理錯誤的：

doSomething() 
    .then(async1) 
    .then(async2) 
    .catch(e => console.log(e));

對於函數式編程咱們也能夠作一樣的操做，若是運行正確，那麼就返回正確的結果;若是錯誤，就返回一個用於描述錯誤的結果。這個概念在 Haskell 中稱之爲 Either 類，Left 和 Right 是它的兩個子類。咱們用 JS 來實現一下：

// 這裏是同樣的=。= 
var Left = function(x) { 
    this.__value = x; 
} 
var Right = function(x) { 
    this.__value = x; 
} 
// 這裏也是同樣的=。= 
Left.of = function(x) { 
    return new Left(x); 
} 
 
Right.of = function(x) { 
    return new Right(x); 
}
// 這裏不一樣!!! 
Left.prototype.map = function(f) { 
    return this; 
} 
Right.prototype.map = function(f) { 
    return Right.of(f(this.__value)); 
}

下面來看看 Left 和 Right 的區別吧：

Right.of("Hello").map(str => str + " World!"); 
// Right("Hello World!") 
Left.of("Hello").map(str => str + " World!"); 
// Left("Hello")

Left 和 Right 惟一的區別就在於 map 方法的實現，Right.map 的行爲和咱們以前提到的 map 函數同樣。可是 Left.map 就很不一樣了：它不會對容器作任何事情，只是很簡單地把這個容器拿進來又扔出去。這個特性意味着，Left 能夠用來傳遞一個錯誤消息。

var getAge = user => user.age ? Right.of(user.age) : Left.of("ERROR!"); 
//試試 
getAge({name: 'stark', age: '21'}).map(age => 'Age is ' + age); 
//=> Right('Age is 21') 
getAge({name: 'stark'}).map(age => 'Age is ' + age); 
//=> Left('ERROR!')

是的，Left 可讓調用鏈中任意一環的錯誤馬上返回到調用鏈的尾部，這給咱們錯誤處理帶來了很大的方便，不再用一層又一層的try/catch。

Left 和 Right 是 Either 類的兩個子類，事實上 Either 並不僅是用來作錯誤處理的，它表示了邏輯或，範疇學裏的coproduct。但這些超出了咱們的討論範圍。

3、IO

下面咱們的程序要走出象牙塔，去接觸外面「骯髒」的世界了，在這個世界裏，不少事情都是有反作用的或者依賴於外部環境的，好比下面這樣：

function readLocalStorage(){ 
  return window.localStorage; 
}

這個函數顯然不是純函數，由於它強依賴外部的 window.localStorage 這個對象，它的返回值會隨着環境的變化而變化。爲了讓它「純」起來，咱們能夠把它包裹在一個函數內部，延遲執行它：

function readLocalStorage(){ 
  return function(){ 
    return window.localStorage; 
  } 
}

這樣 readLocalStorage 就變成了一個真正的純函數! OvO爲機智的程序員鼓掌!

額……好吧……好像確實沒什麼卵用……咱們只是(像大多數拖延症晚期患者那樣)把討厭作的事情暫時擱置了而已。爲了能完全解決這些討厭的事情，咱們須要一個叫 IO 的新的 Functor：

import _ from 'lodash'; 
var compose = _.flowRight; 
var IO = function(f) { 
this.__value = f; 
} 
IO.of = x => new IO(_ => x); 
IO.prototype.map = function(f) { 
    return new IO(compose(f, this.__value)) 
};

IO 跟前面那幾個 functor 不一樣的地方在於，它的 __value 是一個函數。它把不純的操做(好比 IO、網絡請求、DOM)包裹到一個函數內，從而延遲這個操做的執行。因此咱們認爲，IO 包含的是被包裹的操做的返回值。

var io_document = new IO(_ => window.document); 
io_document.map(function(doc){ return doc.title }); 
//=> IO(document.title)

注意咱們這裏雖然感受上返回了一個實際的值 IO(document.title)，但事實上只是一個對象：{ __value: [Function] }，它並無執行，而是簡單地把咱們想要的操做存了起來，只有當咱們在真的須要這個值得時候，IO 纔會真的開始求值，這個特性咱們稱之爲 惰性求值。(培提爾其烏斯：「這是怠惰啊!」)

是的，咱們依然須要某種方法讓 IO 開始求值，而且把它返回給咱們。它可能由於 map 的調用鏈積累了不少不少不純的操做，一旦開始求值，就可能會把原本很乾淨的程序給「弄髒」。可是去直接執行這些「髒」操做不一樣，咱們把這些不純的操做帶來的複雜性和不可維護性推到了 IO 的調用者身上(嗯就是這麼不負責任)。

下面咱們來作稍微複雜點的事情，編寫一個函數，從當前 url 中解析出對應的參數。

import _ from 'lodash'; 
// 先來幾個基礎函數： 
// 字符串 
var split = _.curry((char, str) => str.split(char)); 
// 數組 
var first = arr => arr[0]; 
var last = arr => arr[arr.length - 1]; 
var filter = _.curry((f, arr) => arr.filter(f)); 
//注意這裏的 x 既能夠是數組，也能夠是 functor 
var map = _.curry((f, x) => x.map(f)); 
// 判斷 
var eq = _.curry((x, y) => x == y); 
// 結合 
var compose = _.flowRight; 
var toPairs = compose(map(split('=')), split('&')); 
// toPairs('a=1&b=2') 
//=> [['a', '1'], ['b', '2']] 
var params = compose(toPairs, last, split('?')); 
// params('http://xxx.com?a=1&b=2') 
//=> [['a', '1'], ['b', '2']] 
// 這裏會有些難懂=。= 慢慢看 
// 1.首先咱們先對 url 調用 params 函數，獲得相似[['a', '1'], ['b', '2']] 
// 這樣的數組; 
// 2.而後調用 filter(compose(eq(key), first))，這是一個過濾器，過濾的 
// 條件是 compose(eq(key), first) 爲真，它的意思就是隻留下首項爲 key 
// 的數組; 
// 3.最後調用 Maybe.of，把它包裝起來。 
// 4.這一系列的調用是針對 IO 的，因此咱們用 map 把這些調用封裝起來。 
var getParam = key => map(compose(Maybe.of, filter(compose(eq(key), first)), params)); 
// 建立充滿了洪荒之力的 IO!!! 
var url = new IO(_ => window.location.href); 
// 最終的調用函數!!! 
var findParam = getParam(url); 
// 上面的代碼都是很乾淨的純函數，下面咱們來對它求值，求值的過程是非純的。 
// 假設如今的 url 是 http://xxx.com?a=1&b=2 
// 調用 __value() 來運行它! 
findParam("a").__value(); 
//=> Maybe(['a', '1'])

4、總結

若是你還能堅持看到這裏的話，無論看沒看懂，已是勇士了。在這篇文章裏，咱們前後提到了 Maybe、Either、IO 這三種強大的 functor，在鏈式調用、惰性求值、錯誤捕獲、輸入輸出中都發揮着巨大的做用。事實上 functor 遠不止這三種，但因爲篇幅的問題就再也不繼續介紹了(哼纔不告訴你實際上是由於我還沒看懂其它 functor 的原理)

但依然有問題困擾着咱們：

1. 如何處理嵌套的 functor 呢?(好比 Maybe(IO(42)))
2. 如何處理一個由非純的或者異步的操做序列呢?