谈谈函数式编程

Posted 2021-04-09 好程序员

我 6 岁的时候，花了很多时间与最好的哥们一起玩电脑游戏。他家里有一个满是电脑的房间。它们对于我来说是无法抵御的、神奇的。我花了很多时间探索所有游戏。有一天我问我哥们，“我们做一个游戏怎么样？”。

他也不知道怎么做，所以我们就问他老爸。他老爸爬上一个高架子，拿出一本用 Basic 编写的游戏书。于是我们就开始了编程之旅。等到公立学校开始教代数时，我已经掌握对代码掌握的不错了，因为编程基本上都是代数。大致就是这样的。

可组合软件的兴起

在计算机科学的开始，在大多数计算机科学可以实际在计算机上完成之前，有两个伟大的计算机科学家：Alonzo Church（阿伦佐.邱奇）和 Alan Turing（阿兰.图灵）。他们发明了两种不同的，但是等效的通用计算模型。这两种模型都可以计算任何可以被计算的东西（因此称为通用的）。

Alonzo Church 发明了 lambda 演算，这是一种基于函数应用的通用计算模型。而 Alan Turing 以图灵机闻名。图灵机是一种通用的计算模型，它定义了一种通过操作纸带上的符号进行计算的理论设备。

他们在一起协作展示 lambda 演算和图灵机在功能上是等效的。

Lambda 演算都是与函数组合有关。以函数组合来思考是一种相当有表现力和说服力的组合软件的方式。在本文中，我们将讨论函数组合在软件设计中的重要性。

有三个要点让 Lambda 演算变得很特别：

1.函数总是匿名的。在 javascript 中，const sum = (x, y) => x + y 的右边是匿名函数表达式(x, y) => x + y。

2.Lambda 演算中的函数只接受一个输入。它们是一元的（unary）。如果需要多个形参，函数会带一个输入，并返回一个带有下一个形参的新函数，依此类推。多元函数 (x, y) => x + y可以被表示为一个一元函数，比如：x => y => x + y。这种从多元函数到一元函数的转换被称为柯里化（currying）。

3.函数是头等的，意思是说函数可以用作为其它函数的输入，以及函数可以返回函数。

这些特性用在一起，形成一种简单，不过依然是富有表现力的词汇，使用函数作为主要的构造单元来组合软件。在JavaScript 中，匿名函数和柯里化的函数是可选的特性。虽然JavaScript 支持 lambda 演算的重要特性，但是并不强制使用它们。

传统的函数组合用一个函数的输出作为另一个函数的输入。例如，组合：

f . g

可以被写为：

compose2 = f => g => x => f(g(x))

如下是使用它的方式：

double = n => n * 2inc = n => n + 1compose2(double)(inc)(3)

compose2() 函数将 double 函数作为第一个实参，将 inc 函数作为第二个，然后将这两个函数的组合应到到实参 3。再看阿卡你 compose2() 的签名，f 是 double()，g 是 inc()，x 是 3。函数调用compose2(double)(inc)(3) 实际上是 3 个不同的函数调用：

1.先传递 double 并返回一个新函数。

2.返回的函数以 inc 为参数，并返回一个新函数。

3.下一个返回函数以 3 为参数，并求现在变为 double(inc(3)) 的 f(g(x)) 的值。

4.x 求值为 3，并传递到 inc()。

5.inc(3) 求值为 4。

6.double(4) 求值为 8。

7.8 从函数返回。

当软件被组合时，可以用函数组合图来表示。考虑如下的函数组合：

append = s1 => s2 => s1 + s2append('Hello, ')('world!')

可以用如下的图形可视化表示它：

Lambda 演算在软件设计上产生了巨大影响，在 1980 年之前，很多有重大影响的计算机科学象征都是用函数组合来构建软件。Lisp 是在 1958 年发明的，是深受 lambda 演算的影响。今天，Lisp 是依然在广泛使用的第二种最古老的语言。

我接触它是通过 AutoLisp，它是最流行的计算机辅助设计（CAD）软件 AutoCAD 的脚本语言。AutoCAD 是如此流行，以至于几乎所有其它 CAD 应用程序都支持 AutoLISP，以相互兼容。Lisp 也是计算机科学课程中的一种热门教学语言，这主要有三个原因：

1.其简单性让学习 Lisp 的基础语法和语义变得很容易，大约一天就可以搞定。

2.Lisp 都是与函数组合有关，而函数组合是一种组织应用程序的优雅方式。

3.我知道的使用 Lisp 的最佳计算机科学教材是：计算机程序的构造和解释。

可组合软件的衰落

在 1970 到 1980 之间的某个时候，软件创建的方式渐渐远离简单的组合，开始变成一个计算机要听从的线性指令列表。然后面向对象编程出来了，这是一种关于组件封装和消息传递的不错的理念，不过被流行语言扭曲成一种为特性重用而实现的继承层次结构和 "is-a" 关系的糟糕理念。

函数式编程被打入冷宫和学术界，只有最极客的编程爱好者、常春藤大学中的教授，以及一些在二十世纪九十年代到二十一世纪十年代间逃脱 Java 强迫喂养的幸运的学生，还在幸福地痴迷着。

对于我们大多数人来说，这三十年间创建软件是个噩梦。这是黑暗的年代。

可组合软件的兴起

2010 年左右，一些伟大的事情开始发生了：JavaScript 爆发了。大约 2006 年之前，JavaScritp 被广泛当作是一门玩具语言，用来在浏览器中创建卡通动漫，不过它有一些强大的特性被埋没了。那就是，最重要的 lambda 演算特性。人们开始暗中窃窃私语 “函数式编程” 的这种很酷的新东西。

到了 2015 年，用函数组合来创建软件的理念再度流行。为让它更简单，JavaScript 规范做了十年来第一次重大升级，并添加了箭头函数，而箭头函数让创建和读函数、柯里化以及 lambda 表达式变得更简单。

箭头函数像函数式编程的火箭推进剂一样，在 JavaScript 中爆发。现在不大量使用函数式编程技术的大型应用程序已经很罕见了。

组合是一种为软件的行为清晰建模的简单、优雅而富于表现力的方式。组合小的、确定性的函数，来创建更大的软件组件和功能的过程，会生成更容易组织、理解、调试、扩展、测试和维护的软件。