函数式编程简介(抄录)与在非函数式项目中的“伪应用”

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。

一般对函数的观念可以表示成: function (data) => data,指函数接受数据,处理,最后输出数据作为计算结果。这种占据大部分人脑袋的观点直接导致了函数和数据的分割,认为两者是完全不同的东西,然后才有“函数式语言” 的这种说法。因为在函数式的语言里面,程序和数据用样都是函数。所有的程序都是类似这样的东西:function (function) => function,指函数接受另一个函数作为参数,运算,最后再输出一个函数作为计算结果。

当对象之间有清晰的界限的时候,对象型语言更擅长处理,而边界模糊的时候,函数型更擅长。

特点

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,或者像操作数据一样在函数中动态生成新的函数。

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。

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。所以严格的函数式语言是没有变量的赋值行为,所有的变量都是赋的一个函数。

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。

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。

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。

使用优缺点

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。

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)

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。

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)。

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。

稍差的运行效率与溢出风险

函数式编程在需要循环操作时,哪怕只是简单的一条语句,也需要写成一个函数,对每个元素代入运行该函数,在效率商肯定稍差于 for each 语法,但仍强于 for 语法。另外,如果在实现类似 break 跳出循环时,一般使用函数的自身回调,可能有堆栈溢出的风险。

由于没有中间状态,在实现复杂的功能时,容易造成过多的私有过渡函数,其参数累赘,且仅在少数几个地方使用。

非最优的解决方案

由于函数式编程的上述特点,完全的遵守使用显然在很多情况下并不会是最优的解决方案,尤其是在非函数式语言的开发环境中。

一般语法Array提供的函数式借鉴

由于函数式编程的优点,对于其它非函数式语法而言,在一定程度上加入类似的支持还是值得的。尤其是在 python 中,下面的语法是作用一个内置函数,而非Array 中的方法。使得Python可以完全的实行函数式编程,而不仅只是“模拟”。

函数式语言常常和递归联系起来,这是因为一般的循环结构,都是和表达式的变动关联起来的,比如说 while(n)就是要不断修改 n的值直到 n == 0,在函数式语言中是必须避免的。递归通过调用函数的参数不同,来达到数据的变动却不破坏引用透明性。并且如果加入尾递归优化,那么递归的性能和循环是等价的。

值得注意的是,这些循环的方式应该是与顺序无关的,虽然大部分情况下可以假定它按数组顺序依次执行,但是在多线程中可以被优化为每个元素同时执行,这也是上述优点中提到的易于并发的另一个表现。

以下列出的语法查看对应语言的API即可了解,在下面的“伪应用”中也会有些示例。

forEach 语法

filter 语法

every 语法

some 语法

map 语法

reduce 语法

join 语法

join 其实是 reduce 的一种特定实现,这里单列出来是因为有些语法中没有 reduce 方法,但是大部分语言中都是有 join 的。

函数式编程思路在非函数式项目中的“伪应用”

修改 obj 的属性值

在一个Obj 对象的创建或运行中,往往要一次性修改多个值,在 Obj 中自然有提供各个属性修改的 set 方法,但是同时书写多行,每行修改一个属性的方式固然可以,但是略显累赘。仿照函数式编程中的每个函数都有返回值的思路,以及那个经典的运算例子,可以在每个set 方法后返回这个 obj 本身。于是设定属性的方式就从:

obj.fun1 = val1;

obj.fun2 = val2;

obj.fun3 = val3;

变成了:

obj.fun1(val1).fun2(val2).fun3(val3)…

从而达到简洁清晰的目的。

另外说明一点,在函数式编程中没有属性值,(尽量)所有的数据都是函数。

目前的项目中,弹出框的设置、Tip的设置都做了这样的处理。

提出部分元素的选取方式

在模型中,数据往往存储在一起,(如果是用的数组存储,)当只需要部分条件的元素时,一般也只能遍历查找一遍,另外创建空间,找到一个记录一次。这种情况用 filter 就能比较简洁的从:

for each(元素 in data)

{

         if(元素满足条件)

                   放入结果集

}

变为:

data.filter(function($item:*,…):Boolean{return 是否满足条件})

从而达到简洁清晰的目的。

不过要注意的是,一般数组存放的元素是对象,此时返回的(大部分情况下应该)是一个数组指针的引用,而不是深层复制。这样当数据发生数值属性上的变化时,原先得到的这个引用仍然是有效正确的,除非可能有删增元素才需要重新获取。

虽说只是写法上的改变,在复杂度上并没有变化,仍然算很费时的操作,但是貌似除非从结果上优化,否则也没什么办法。针对数据选取频繁的属性,往往再建一层目录,效率会得到显著提升。

例如在 Task 模块中,不同的任务类型基本都会分开显示与处理,但在数据结构和通信中则差别不大。我的做法是用字典存储所有任务,键为任务的Id用来方便查找指定的元素;而再维护一个二级数组,数组的第一个层是任务的类型,第二层则是这些类型的任务元素。这样当需要某个类型时,只需要返回这个数组的第一层引用就可以了,而且数据的增删改查都能同步运行,不用再重新获取。

条件判断的封装

在项目中,提示红点的机制常常不容易写好,尤其是在已经上线的功能上补充红点功能。如果在开始时就没有考虑红点机制,将一个元素是否需要亮红点的判断函数写在了视图模块中,那要么需要把它移到module中,要么改成 static 方法(当然,在视图中写 static 方法违反编程规范)。

因为一个功能的红点常常需要在多处体现,不仅在模块本身的视图中,也可能在其它模块的视图中。这样,这个判断只能写在module中,从:

hasRed = false

for each($item in data)

         if(needRedShow($item)==true)

         {

                   hasRed= true;

                   break;

         }

变成简洁的:

data.some(function($item:*,…):Boolean{return needRedShow($item)});

从而达到简洁清晰的目的。

在逻辑语句中执行函数

根据上述特点中“只用表达式,不用语句”的思路,设置所有的函数都有返回值,尽管有些返回值没有意义。这样做可以把所有的函数调用都进逻辑语句和表达式中。譬如以前的

if(判断1)

         执行函数1

else

         执行函数2

就可以写成三目运算:

 判断1 ? 执行函数1 : 执行函数2;

或者

(判断1 && 执行函数1)||  执行函数2

wiki词条:https://en.wikipedia.org/wiki/Functional_programming

简明JS函数式编程指南:https://gitlore.com/subject/28

CSDN: http://blog.csdn.net/jiajiayouba/article/details/49983325?locationNum=2&fps=1

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