快速了解函数式编程

Posted 2022-09-14 凯小默

说明

【跟月影学可视化】加餐篇学习笔记。

两种编程范式：命令式与声明式

编程范式有两种，分别是命令式（Imperative）和声明式（Declarative）。

• 命令式：强调做的步骤也就是怎么做
• 声明式：强调做什么本身，以及做的结果。

编程语言也可以分成命令式和声明式两种类型

• 命令式：可以分成过程式和面向对象
• 声明式：可以分成逻辑式和函数式

JavaScript 同时拥有命令式和声明式的特征。

命令式的实现代码：

let kaimo = [1, 2, 3, 4, 5, 6];
let tempArr = [];
for(let i = 0; i < kaimo.length; i++)
  tempArr.push(kaimo[i] * 2);

声明式的实现代码：

let kaimo = [1, 2, 3, 4, 5, 6];
const double = x => x * 2;
kaimo.map(double);

函数式与纯函数

函数是对过程的封装，但函数的实现本身可能依赖外部环境，或者有副作用（Side-effect)。所谓函数的副作用，是指函数执行本身对外部环境的改变。我们把不依赖外部环境和没有副作用的函数叫做纯函数，依赖外部环境或有副作用的函数叫做非纯函数。

例子1：add 是一个纯函数，它的返回结果只依赖于输入的参数，与调用的次数、次序、时机等等均无关。

function add(x, y) 
  return x + y;

例子2：getId 是一个非纯函数，它的返回值除了依赖于参数 id，还和外部环境（文档的 DOM 结构）有关。

function getId(id) 
  return document.getElementById(id);

例子3：join 也是一个非纯函数，它的副作用是会改变输入参数对象本身的内容。

funciton join(arr1, arr2) 
  arr1.push(...arr2);
  return arr1;

纯函数的优点

• 易于测试：纯函数不需要依赖外部环境
• 可并行计算（时序无关）
  • 在浏览器中，可以利用 Worker 来并行执行多个纯函数
  • 在 Node.js 中，可以用 Cluster 来实现同样的并行执行
  • 使用 WebGL 的时候，纯函数有时候还可以转换为 Shader 代码，利用 GPU 的特性来进行计算。
• 有良好的 Bug 自限性：纯函数不会依赖和改变外部环境，所以它产生的 Bug 不会扩散到系统的其他部分

函数式编程范式与纯函数

尽可能多设计纯函数，少设计非纯函数，这样能够提升系统的可测试性、性能优化空间以及系统的可维护性。

如何让系统的纯函数尽可能多，非纯函数尽可能少呢？

答案是用函数式编程范式。

例子：实现一个模块，用它来操作 DOM 中列表元素，改变元素的文字颜色

// 设置一个 DOM 元素的文字颜色
function setColor(el, color)
  el.style.color = color;

// 批量设置
function setColors(els, color)
  els.forEach(el => setColor(el, color));

上面两个函数都改变了外部环境（DOM）所以它们是两个非纯函数。

下面实现一个 batch 高阶函数 (High Order Function)来优化。

所谓高阶函数，是指输入参数是函数，或者返回值是函数的函数。

function batch(fn)
  return function(target, ...args)
    if(target.length >= 0)
      return Array.from(target).map(item => fn.apply(this, [item, ...args]));
    else
      return fn.apply(this, [target, ...args]);
    
  

这样模块就可以减少为一个非纯函数。

function setColor(el, color)
  el.style.color = color;


let setColors = batch(setColor);

高阶函数与函数装饰器

如果输入参数和返回值都是函数，这样的高阶函数又叫做函数装饰器（Function Decorators）。

当一个高阶函数是用来修饰函数本身的，它就是函数装饰器。也就是说，它是在原始函数上增加了某些带有辅助功能的函数。

例子：实现一个通用的函数装饰器：当代码库要进行大版本升级，在未来最新的版本中我们想要废弃掉某些 API，需要做一个平缓过渡，给它们增加一个提示信息，告诉调用它们的用户，这些 API 将会在下一次升级中被废弃。

function deprecate(fn, oldApi, newApi) 
  const message = `The $oldApi is deprecated. Please use the $newApi instead.`;

  return function(...args) 
    console.warn(message);
    return fn.apply(this, args);
  

在模块导出 API 的时候，对需要废弃的方法统一应用这个装饰器，就可以无侵入地修改模块的 API：

// 引入要废弃的 API
import foo, bar from './foo';
...
// 用高阶函数修饰
const _foo = deprecate(foo, 'foo', 'newFoo');
const _bar = deprecate(bar, 'bar', 'newBar');

// 重新导出修饰过的API
export 
  foo: _foo,
  bar: _bar,
  ...