函数式编程中的纯函数

Posted 2021-04-09 折花

　　初次涉及函数式编程，鉴于以往的经验，我选择首先将理论和优秀实践的基础打得扎实一些。说些题外的，在现在的实际工作编码中存在一些脏代码问题，这一方面是因为个人经验不足，同时也很大程度上对编程的理论不够扎实，因此做不到clean code。

　　在纯函数之前，我们承接上文的脏状态来理解一下函数的副作用。在编程中，函数副作用是指当前函数除了计算结果之外，还产生了其他操作，例如IO、修改全局变量、数据持久化等等。在一些成规模的项目中，这些副作用会在测试、复用、并行化、推导和泛化上造成困扰。

副作用的困扰

　　以书上购买咖啡为例，一个有副作用的函数会做些什么呢？接受信用卡参数、产生咖啡、信用卡付费、返回咖啡。

class cafe {
  def buyCoffee(card: CreditCard)={
    val cup = new Coffee("cap",56)
    card.charge(cup.price)
    cup
  } 
}
case class CreditCard(count: Double){
  def charge(price: Double)={
    this.count-price
    //获取银行授权、计费、持久化交易记录
  }
}
case class Coffee(coffeeName: String,price: Double)

　　届时我们如果要测试这段代码的话就真的要准备多付费几次了。按理说，信用卡不应该知道联系银行执行计费，我们需要让信用卡对象忽略这些事情，并且在今天，信用卡也不单单只有一种支付手段了，我们需要实现支付对象，使代码更加模块化和可以测试。

　　这样也更加贴近实际生活，我们购买咖啡的时候不光要出示信用卡，还要选择一个支付方式。这样虽然仍然存在副作用，但是至少可以测试了。

　　我们使用函数式的方式来解决这个问题，函数式的解法是通过将函数中的副作用推到程序外面来消除副作用。举个例子，在购买咖啡函数中，我们不仅要返回一杯咖啡，还要返回咖啡的花费，之后再程序的外面处理花费（通知银行扣费、持久化交易记录）。

class cafe {
  def buyCoffee(card: CreditCard)={
    val cup = new Coffee("cap",56)
    card.charge(cup.price)
    cup
  }
  def fpBuyCoffee(card: CreditCard):(Coffee,Charge)={
    val cup = new Coffee("cap",56)
    (cup,Charge(card,cup.price))
  }
}
case class CreditCard(count: Double){
  def charge(price: Double)={
    this.count-price
    //获取银行授权、计费、持久化交易记录
  }
}
case class Coffee(coffeeName: String,price: Double)
case class Charge(card: CreditCard,price: Double)

　　到这里我们窥见了函数式程序的大体架构，即一个纯函数的核心和薄的外围，从这个角度看我们改造后的购买咖啡函数：fbBuyCoffee就是核心纯函数，而外围就是处理charge的函数，像付费和持久化等。这里注意的是case类是消息类。

纯函数是什么

　　这里给出对纯函数的理解：一个函数在执行过程中除了根据参数计算结果之外，没有其他影响，这类函数就被称为纯函数。

引用透明

　　我们使用引用透明的概念对纯函数进行形式化。引用透明要求函数不论进行了什么操作都可以用它的返回值代替。程序中2+3都可以代换成5，程序就像代数式一样可以等式推理。这种代换模型更加的易于推理，所有的运算的影响都是局部性的，没有副作用所带的乱七八糟的全局影响，每一次的结果都是一致的。 纯函数就是将“如何处理结果”和“获得输出”进行分离，使计算更容易复用。

：StringBuiler的append方法是不是一个纯函数？