前端必学——函数式编程

Posted 2022-06-02 掘金安东尼

本篇会将谈谈函数编程中一个很重要的细节 —— “副作用”。

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维基上关于副作用的解释：

函数内部有隐式（Implicit）的数据流，这种情况叫做副作用（Side Effect）。

咱们前文也提到过：开发人员喜欢显式输入输出而不是隐式输入输出。

所以我们将细致的看看副作用中【隐式】和【显式】的区别!

何为副作用？

先来个小例子作开胃菜：

// 片段 1
function foo(x) 
    return x * 2;


var y = foo( 3 );

// 片段 2
function foo(x) 
    y = x * 2;


var y;

foo( 3 );

片段 1 和片段 2 实现的最终效果是一致的，即 y = 3 * 2 ，但是片段 1 是显示的，片段 2 是隐式的。

原因是：片段 2 在函数内引用了外部变量 y。

片段 2 ，当我们调用 foo( 3 ) 时，并不知道其内部是否会修改外部变量 y。它的修改是隐式的，即产生了副作用！

有副作用的函数可读性更低，我们需要更多的阅读来理解程序。

再举一例：

var x = 1;

foo();

console.log( x );

bar();

console.log( x );

baz();

console.log( x );

如果每个函数内都引用了 x ，有可能对其赋值修改，那么我们很难知道每一步 x 的值是怎样的，要每一步去追踪！

选择在一个或多个函数调用中编写带有（潜在）副作用的代码，那么这意味着你代码的读者必须将你的程序完整地执行到某一行，逐步理解。

如果 foo()、bar()、和 baz() 这三个函数没有（潜在）副作用，x 的值一眼可见！

一定是修改外部变量才是产生副作用了吗？

function foo(x) 
    return x + y;


var y = 3;

foo( 1 ); 

这段代码中，我们没有修改外部变量 y ，但是引用了它，也是会产生副作用的。

y = 5;

// ..

foo( 1 );   

两次 foo( 1 ) 的结果却不一样，又增大了阅读的负担。相信我，这是个最简单抽象的例子，实际的影响将远大于此。

避免副作用？

1. const

以上面的例子来说：这样写，foo( 1 ) 的结果当然是确定的，因为用到了 const 来固定外部变量。

const y = 5;

// ..

foo( 1 );

2. I/O

一个没有 I/O 的程序是完全没有意义的，因为它的工作不能以任何方式被观察到。一个有用的程序必须最少有一个输出，并且也需要输入。输入会产生输出。

还记得 foo(..) 函数片段 2 吗？没有输出 return，这是不太可取的。

// 片段 2
function foo(x) 
    y = x * 2;


var y;

foo( 3 );

3. 明确依赖

我们经常会由于函数的异步问题导致数据出错；一个函数引用了另外一个函数的回调结果，当我们作这种引用时要特别注意。

var users = ;
var userOrders = ;

function fetchUserData(userId) 
    ajax( "http://some.api/user/" + userId, function onUserData(userData)
        users[userId] = userData;
     );


function fetchOrders(userId) 
    ajax( "http://some.api/orders/" + userId, function onOrders(orders)
        for (let i = 0; i < orders.length; i++) 
                // 对每个用户的最新订单保持引用
            users[userId].latestOrder = orders[i];
            userOrders[orders[i].orderId] = orders[i];
        
     );

fetchUserData(..) 应该在 fetchOrders(..) 之前执行，因为后者设置 latestOrder 需要前者的回调；

写出有副作用/效果的代码是很正常的， 但我们需要谨慎和刻意地避免产生有副作用的代码。

4. 运用幂等

这是一个很新但重要的概念！

从数学的角度来看，幂等指的是在第一次调用后，如果你将该输出一次又一次地输入到操作中，其输出永远不会改变的操作。

一个典型的数学例子是 Math.abs(..)（取绝对值）。Math.abs(-2) 的结果是 2，和 Math.abs(Math.abs(Math.abs(Math.abs(-2)))) 的结果相同。

幂等在 js 中的表现：

// 例 1
var x = 42, y = "hello";

String( x ) === String( String( x ) );                // true

Boolean( y ) === Boolean( Boolean( y ) );            // true

// 例 2
function upper(x) 
    return x.toUpperCase();


function lower(x) 
    return x.toLowerCase();


var str = "Hello World";

upper( str ) == upper( upper( str ) );                // true

lower( str ) == lower( lower( str ) );                // true

// 例 3
function currency(val) 
    var num = parseFloat(
        String( val ).replace( /[^\\d.-]+/g, "" )
    );
    var sign = (num < 0) ? "-" : "";
    return `$sign$$Math.abs( num ).toFixed( 2 )`;


currency( -3.1 );                                    // "-$3.10"

currency( -3.1 ) == currency( currency( -3.1 ) );    // true

实际上，我们在 js 函数式编程中幂等有更加宽泛的概念，即只用要求：f(x) === f(f(x))

// 幂等的：
obj.count = 2; // 这里的幂等性的概念是每一个幂等运算（比如 obj.count = 2）可以重复多次
person.name = upper( person.name );

// 非幂等的：
obj.count++;
person.lastUpdated = Date.now();

// 幂等的：
var hist = document.getElementById( "orderHistory" );
hist.innerhtml = order.historyText;

// 非幂等的：
var update = document.createTextNode( order.latestUpdate );
hist.appendChild( update );

我们不会一直用幂等的方式去定义数据，但如果能做到，这肯定会减少意外情况下产生的副作用。这需要时间去体会，我们就先记住它。

纯函数

你应该听说过纯函数的大名，我们把没有副作用的函数称为纯函数。

例 1：

function add(x,y) 
    return x + y;

输入（x 和 y）和输出（return ..）都是直接的，没有引用自由变量。调用 add(3,4) 多次和调用一次是没有区别的。add(..) 是纯粹的编程风格的幂等。

例 2：

const PI = 3.141592;

function circleArea(radius) 
    return PI * radius * radius;

circleArea 也是纯函数。虽然它调用了外部变量 PI ，但是 PI 是 const 定义的常量，引用常量不会产生副作用；

例 3：

function unary(fn) 
    return function onlyOneArg(arg)
        return fn( arg );
    ;

unary 也是纯函数。

表达一个函数的纯度的另一种常用方法是：给定相同的输入（一个或多个），它总是产生相同的输出。

不纯的函数是不受欢迎的！因为我们需要更多的精力去判断它的输出结果！

写纯函数需要更多耐心，比如我们操作数组的 push(..) 方法，或 reverse(..) 方法等，看起来安全，但实际上会修改数组本身。我们需要复制一个变量来解耦（深拷贝）。

函数的纯度是和自信是有关的。函数越纯洁越好。制作纯函数时越努力，当您阅读使用它的代码时，你的自信就会越高，这将使代码更加可读。

其实，关于函数纯度还有更多有意思的点：

思考一个问题，如果我们把函数和外部变量再封装为一个函数，外界无法直接访问其内部，这样，内部的函数算不算是一个纯函数？

假如一棵树在森林里倒下而没有人在附近听见，它有没有发出声音？

阶段小结

1. 我们反复强调：开发人员喜欢显式输入输出而不是隐式输入输出。
2. 如果有隐式的输入输出，那么就有可能产生副作用。
3. 有副作用的代码让我们的代码理解起来更加费劲！
4. 解决副作用的方法有：定义常量、明确 I/O、明确依赖、运用幂等......
5. 在 js 运用幂等是一个新事物，我们需要逐渐熟悉它。
6. 没有副作用的函数就是纯函数，纯函数是我们追求编写的！
7. 将一个不纯的函数重构为纯函数是首选。但是，如果无法重构，尝试封装副作用。（假如一棵树在森林里倒下而没有人在附近听见，它有没有发出声音？—— 有没有其实已经不重要了，反正听不到）

以上，便是本次关于 JS 函数式编程 副作用 这个细节的讲解。

这个细节，真的很重要！