函数式编程初探

不念不忘少年蓝@ 2022-06-08 01:52 120阅读 0赞

## 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写成一系列嵌套的函数调用。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，然后写成下面这样：

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

这就是函数式编程。

## 二、特点 ##

函数式编程具有五个鲜明的特点。

**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变量就是一个函数，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），产生运算以外的其他结果。  
函数式编程强调没有”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，函数式编程只是返回新的值，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），指的是函数的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，这点是很显然的。其他类型的语言，函数的返回值往往与系统状态有关，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. 代码简洁，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).subtract(4)

这基本就是自然语言的表达了。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），以及模块化组合。

**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，把它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之后运行，自然也就不能部署到其他线程上了。  
多核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。Erlang语言早就证明了这一点，它是瑞典爱立信公司为了管理电话系统而开发的，电话系统的升级当然是不能停机的。  
（完）  
原文链接：[函数式编程初探][Link 1]

[Link 1]: http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/04/functional_programming.html