手把手介绍函数式编程：从命令式重构到函数式

Posted 2021-04-09 Kotlin 开发者社区

序

本文是一篇手把手的函数式编程极简入门介绍，借助代码示例讲解细腻。但又不乏洞见，第一节中列举和点评了函数式种种让眼花缭乱的特质，给出了“理解函数式特质的指南针”：

函数式代码的核心特质就一条:无副作用

本文希望以另辟蹊径的方式来讲解函数式：首先展示我们平常编写的命令式而非函数式的代码示例，然后将这些示例重构成函数式风格。

本文的第一部分选用了简短的数据转换循环，将它们重构成函数式的map和reduce。第二部分则对更长的循环代码，将它们分解成多个单元，然后重构各个单元成函数式的。第三部分选用的是有一系列连续的数据转换循环代码，将其拆解成为一个函数式管道（functional pipeline）。

本文示例代码用的是Kotlin语言。

理解函数式特质的指南针

有很多函数式编程文章讲解了抽象的函数式技术：

• 组合（composition）

• 管道（pipelining）

• 高阶函数（higher order function）

等等。当人们谈论函数式编程时，提到了多到令人迷路的函数式特质（characteristics）：

• 不可变数据（immutable data）

• 一等公民的函数first class function）

• 尾调用优化（tail call optimisation）

这些是有助于函数式编程的语言特性。

人们也会提到：

• map、reduce

• 管道、递归（recursing）

• 柯里化（currying）以及

• 高阶函数()的使用。

这些是用于编写函数式代码的编程技术。

人们还会提到：

• 并行化（parallelization）

• 惰性求值（lazy evaluation）和

• 确定性（determinism）。

这些是函数式程序的优点。

函数式的核心特质

无视这一切。函数式代码的核心特质就一条：

无副作用（no side effects）。

即代码逻辑不依赖于当前函数之外的数据，并且也不会更改当前函数之外的数据。所有其他的函数式 特质都可以从这一条派生出来。

开始表演

这是一个非函数式的函数：

val x = 0
fun incr() {
    x + 1
}

而这是一个函数式的函数：

fun incr(x: Int): Int {
    return x + 1
}

不要迭代列表，用map和reduce

map

map输入一个函数和一个集合，创建一个新的空集合，在原来集合的每个元素进行映射，并将各个返回值插入到新集合中，然后返回新的集合。

命令式思维风格代码：

val numbers = listOf(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)
val sqrs = mutableListOf<Int>()
for (i in numbers) {
    sqrs.add(i * i)
}
println(sqrs) // [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49]

函数式思维风格代码：

val numbers = listOf(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)
val sqrs = numbers.map {
    it * it
}
println(sqrs) // [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49]

reduce

reduce输入一个函数和一个集合，返回通过合并集合元素所创建的值。

这是一个简单的返回集合所有元素平方的总和的实现：

var sum = 0
for (i in numbers) {
    sum += i * i
}
println(sum) // 140

上面是命令式思维风格的常规实现代码。

同样地，用函数式思维风格的代码实现如下：

val sum = numbers.reduce { acc, it -> it * it + acc }
println(sum) // 140

我们可以看出，函数式思维相比命令式思维：要更加抽象。

思考：为什么map和reduce更好？　

参考文章

A practical introduction to functional programming - Mary Rose，2015-08-10 ：https://maryrosecook.com/blog/post/a-practical-introduction-to-functional-programming