函数式编程

Posted 2020-08-07

编程范式
函数式编程是一种编程范式，我们常见的编程范式有命令式编程（Imperative programming），函数式编程，逻辑式编程，常见的面向对象编程是也是一种命令式编程。

命令式编程是面向计算机硬件的抽象，有变量（对应着存储单元），赋值语句（获取，存储指令），表达式（内存引用和算术运算）和控制语句（跳转指令），一句话，命令式程序就是一个冯诺依曼机的指令序列。

而函数式编程是面向数学的抽象，将计算描述为一种表达式求值，一句话，函数式程序就是一个表达式。

以上内容摘自https://www.zhihu.com/question/28292740/answer/40336090，难懂！

下面来自阮一峰 函数式编程处探

一、定义

简单说，“函数式编程”是一种“编程范式”（programming paradigm），也就是如何编写程序的方法论。

它属于“结构化编程”的一种，主要思想是把运算过程尽量携程一些列嵌套的函数调用。举例来说，现在有这样一个数学表达式：

( 1 + 2 ) * 3 - 4

传统的过程式编程，可能这样写

var a = 1 + 2;

var b = a * 3;

var c = b - 4;

函数式编程要求使用函数，我们可以把运算过程定义为不同的函数，然后写出下面这样：

var result = subtract(multiply(add(1, 2), 3), 4);

这就是函数式编程。

二、特点

函数式编程有五个鲜明的特点。

1、函数是“第一等公民”

所谓“第一等公民”(first class)，指的是函数与其他数据类型一样，处于平等地位，可以赋值给其他变量，也可以作为参数，传入另一个函数，或者作为别的函数的返回值。

举例来说，下面代码中的print变量，可以作为另一个函数的参数。

var print = function( i ) { console.log(i); };

[1, 2, 3].forEach(print);

2、只用“表达式”，不用“语句”

“表达式”( expression )是一个单纯的运算过程，总是有返回值；“语句”( statement )是执行某种操作，没有返回值。函数式编程要求，只使用表达式，不使用语句。也就是说，每一步都是单纯的运算，而且都有返回值。

原因是函数式编程的开发动机，一开始就是为了处理运算( computation )，不考虑系统的读写( I/O )。“语句”属于对系统的读写操作，所以就被排斥在外。

当然，实际应用中，不做I/O是不可能的。因此，编程过程中，函数式编程只要求把I/O限制到最小，不要有不必要的读写行为，保持计算过程的单纯性。

3、没有“副作用”

所谓“副作用”( side effect )，指的是函数内部与外部互动( 最典型的情况，就是修改全局变量的值，产生运算意外的其他结果 )。

函数式编程敲掉没有“副作用”，意味着函数要保持独立，所有功能就是返回一个新的值，没有其他行为，尤其是不得修改外部变量的值。

4、不修改状态

上一点已经提到，函数式编程知识返回新的值 ，不修改系统变量。因此，不修改变量，也是它的一个重要特点。

在其他类型的语言中，变量往往用来保存“状态”( state )。不修改变量，意味着状态不能保存在变量中。函数式编程使用参数保存状态，最好的例子就是递归。下面的代码是一个将字符串逆序排列的函数，它演示了不同的参数如何决定了运算所处的“状态”。

function reverse(string) {
    if (string.length == 0) {
        return string;
    } else {
        return reverse(string.substring(1, string.length) + string.substring(0, 1));
    }
}

由于使用了递归，函数式语言的运行速度比较慢，这是它长期不能在业界推广的主要原因。

5、引用透明

引用透明( Referential transparency )，值的是函数在运行不依赖于外部变量或“状态”，只依赖于输入的参数，任何时候只要参数相同，引用函数所得到的返回值总是相同的。

有了前面的第三点和第四点，这点很显然的，求他类型的语言，函数的返回值往往与系统的状态有关，不同的状态之下，返回值是不一样的。这就叫“引用不透明”，很不利于观察和理解程序的行为。

三、意义

函数式编程到底有什么好处，为什么会变得越来越流行？

1、代码简介，开发快速。

函数式编程大量使用函数，减少了代码的重复，因此程序比较短，开发速度较快。

2、接近自然语言，易于理解

函数式编程的自由度很高，可以写出很接近自然语言的代码。

前文曾经将表达式

( 1 + 2 ) * 3 - 4

写成函数式语言：

subtract(multiply(add(1, 2), 3), 4);

对它进行变形，不难得到另一种写法：

add(1, 2).multiply(3).substract(4)

这基本就是自然语言表达了。再看下面的代码，大家应该一眼就能明白它的意思吧：

merge([1, 2], [3, 4]).sort().search(‘2‘)

因此，函数式编程的代码更容易理解。

3、更方便的代码管理

函数式编程不依赖、也不会改变外界的状态，只要给定输入参数，返回的结果必定相同。因此每一个函数都可以被看做独立单元，很有利于进行单元测试( unit testing )和除错( debugging )，一级模块化组合。

4、易于“并发编程”

函数式编程不需要考虑“死锁”( deadlock )，因为它不修改变量，所以根本不存在“锁”线程的问题。不必担心一个线程的数据，被另一个线程修改，所以可以很放心地把工作分摊到多个线程，部署“并发编程”( concurrency )。

请看下面的代码：

var s1 = Op1();
var s2 = Op2();
var s3 = concat(s1, s2);

由于s1和s2互不干扰，不会修改变量，谁先执行是无所谓的，所以可以放心地增加线程，把他们分配在两个线程上完成。其他类型的语言就做不到这一点，因为s1可能会修改系统状态，而s2可能会用到这些状态，所以必须保证s2在s1之后进行，自然也就不能部署到其他线程上了。

多喝CPU是将来的潮流，所以函数式编程的这个特性非常重要。

5、代码的热升级

函数式编程没有副作用，只要保证接口不变，内部实现是外部无关的。所以，可以在运行状态下直接升级代码，不需要重启，也不需要停机。

（完）