从函数式编程异常处理到薛定谔类型 -- 函数式编程本质(I)

Posted 2020-11-28 uturobako

首先说明一下
这里并不打算展开讲函数式异常处理
因为这篇文章的主题是介绍薛定谔类型.

关于前者我推荐medium上的一篇文章"Functional Error Handling".
本文很大程度上是受到这篇文章的启发

一句话来说
很多语言都有自己函数式处理异常的方式
也许你已经用过了
只是没有认识到这一点而已:

1. Typescript的Union类型
2. Swif的Option类型
3. Haskell的Maybe类型

如果要给这种类型下个定义
那就是薛定谔类型(非公式说法)

怎么用薛定谔类型处理空指针异常?

这里用Typescript作为例子
如果一个函数没有处理Null会怎样:

答案是编译器会报错
我们通过Union类型杜绝了出现空指针异常的可能性

从薛定谔类型异常处理看本质

从表象上看
我们通过编译器报错
回避了空指针异常
但是这个现象的本质是什么？

我会告诉你：
如果使用函数式编程, 且输入是合法的(排除非法数据导致异常的可能性，比如除以输入0)，就能够回避所有的异常

你可能会说:这怎么可能?
但是这是事实
下面是推理过程:

1. 函数式编程的函数是纯函数，对于任何合法输入，都有唯一确定的输出.
2. 纯函数没有副作用，不会改变函数域外的变量(杜绝了绝大部分稀奇古怪的异常).

根据以上定义
将纯函数看作一个map
对于任意合法的key 都存在唯一一个对应value
所以请你告诉我y = map[key]这样一个简单的操作如何发生异常？

你会说:
要求输入合法是犯规啊!
现实中怎么能这样处理问题？

那么请你把纯函数看作一个数学函数y = f(x)
合法的key其实就是符合定义域的x
从这个角度去思考
你就不会纠结"合法key"这样一个定义了

可能你还会反驳
我在面向对象编程里
如果有合法输入也不会发生异常啊！

可是这是错的
无论你在函数里throw一个异常
或者是改一些全局变量
或者执行了一句"rm -rf /"
都有十足的可能发生异常
而纯函数杜绝了这些可能性.

纯函数通过消灭了可变性，回归数学，构造了一个绝对稳定，逻辑严谨的系统。
可是问题随之而来: 一个不变的系统，如何反应一个持续变化的客观世界？

也许这样说的太玄乎
举个例子:
在c语言里我用getChar()函数来获取用户的输入
先别纠结函数是不是写错了因为我也好久没用c了
这个操作本身是没有问题的
刚学写程序的人最熟悉这个

可是有人不乐意了
他们是函数式编程的推崇者
一群有洁癖的人(我不是在贬低他们，有洁癖的人最值得尊敬)
他们说：
getChar的输入永远为空
可是输出却有许多可能
这根本不是一个纯函数！
我们函数式编程不能容忍这种东西的存在!

所以问题就暴露了出来: 一个不变的系统，如何反应一个持续变化的客观世界(用户输入)？

如果有人告诉你是Monad
请你打断他的腿(Monad我会另找时间介绍, 我发现网上的说法很容易误导人)
真正的答案是薛定谔类型

薛定谔类型: 数学与现实世界的桥梁

在函数式世界里，我们用薛定谔类型表现一个持续变化的世界

如果以用户输入为例子
在Haskell里这个薛定谔类型就是IO
怎么理解IO呢？
我们可以认为它是一个所有用户输入的集合
但是在取出来之前
谁都不知道里面是什么
所以它是一个薛定谔类型

这里最重要的问题在于
纯函数是如何处理薛定谔类型的？

接下来我不用IO作为例子
因为我们通常用一个变量去接住这个输入，比如:
palindrome <- getLine
然后再用这个变量作为函数输入
这样一来函数就跟薛定谔类型(在这里就是IO)解耦了
起不到说明作用
我会以Maybe Num作为例子

假设一个有一个函数名叫maybeAdd2
接受一个MaybeNum类型作为输入
MaybeNum类型可能为null也可能为某个数字
下面是它的实现(原谅我用typescript作为例子):

编译通过了
我们得到了一个处理薛定谔类型的函数！
这是非常了不起的
因为： 所有不确定的东西都可以用薛定谔类型表示
所以： 我们能处理现实世界的东西(We can deal with the f**king real world)

可是你可能会问: 这个真的是纯函数吗, 看起来不大像啊？
很好的问题
如果不符合纯函数
我们就又回到了交互式编程
函数式洁癖者也不会认同这种东西的存在

下面是推理:
输入maybe 2 => 输出maybe 4
输入maybe 3 => 输出maybe 5
输入maybe 4 => 输出maybe 6
...

好了这下你应该会同意这个函数是纯函数了.

下一篇文章我会谈谈Monad
也许这个系列就只有两篇文章
也许更多也说不定
我花了不少时间去码字
希望看完有帮助的能点个??