摘要：函數(shù)式編程的哲學(xué)就是假定副作用是造成不正當(dāng)行為的主要原因。函數(shù)組合面向?qū)ο笸ǔ１槐扔鳛槊~，而函數(shù)式編程是動(dòng)詞。尾遞歸優(yōu)化函數(shù)式編程語(yǔ)言中因?yàn)椴豢勺償?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的原因，沒(méi)辦法實(shí)現(xiàn)循環(huán)。

說(shuō)到函數(shù)式編程，想必各位或多或少都有所耳聞，然而對(duì)于函數(shù)式的內(nèi)涵和本質(zhì)可能又有些說(shuō)不清楚。

所以本文希望針對(duì)工程師，從應(yīng)用（而非學(xué)術(shù)）的角度將函數(shù)式編程相關(guān)思想和實(shí)踐（以 JavaScript 為例）分享給大家。

文章內(nèi)容其實(shí)主要來(lái)自于在下閱讀各類(lèi)參考文獻(xiàn)后的再整理，所以有什么錯(cuò)誤也希望大家?guī)兔Ω齸

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Functional programming is a programming paradigm
1.treats computation as the evaluation of mathematical functions
2.avoids changing-state and mutable data
by wikipedia

從以上維基百科的定義來(lái)看有三個(gè)要點(diǎn)

Programming Paradigm：編程范式

Mathematical Functions：數(shù)學(xué)函數(shù)

Changing-state And Mutable Data：改變狀態(tài)和可變數(shù)據(jù)

下面分別解析一下以上要點(diǎn)。

from Programming paradigms

編程范式從概念上來(lái)講指的是編程的基本風(fēng)格和典范模式。

換句話說(shuō)其實(shí)就是程序員對(duì)于如何使用編程來(lái)解決問(wèn)題的世界觀和方法論。

如果把一門(mén)編程語(yǔ)言比作兵器，它的語(yǔ)法、工具和技巧等是招法，那么它采用的編程范式也就是是內(nèi)功心法。

一種范式可以在不同的語(yǔ)言中實(shí)現(xiàn)，一種語(yǔ)言也可以同時(shí)支持多種范式。例如 JavaScript 就是一種多范式的語(yǔ)言。

一般的，在一個(gè)變化過(guò)程中，假設(shè)有兩個(gè)變量 x、y，如果對(duì)于任意一個(gè) x 都有唯一確定的一個(gè)y和它對(duì)應(yīng)，那么就稱 x 是自變量，y 是 x 的函數(shù)。x 的取值范圍叫做這個(gè)函數(shù)的定義域，相應(yīng) y 的取值范圍叫做函數(shù)的值域。

以上定義，在初中數(shù)學(xué)咱們都應(yīng)該學(xué)過(guò)...

換句話說(shuō)，函數(shù)只是兩種數(shù)值之間的關(guān)系：輸入和輸出。

盡管每個(gè)輸入都只會(huì)有一個(gè)輸出，但不同的輸入?yún)s可以有相同的輸出。下圖展示了一個(gè)合法的從 x 到 y 的函數(shù)關(guān)系；

與之相反，下面這張圖表展示的就不是一種函數(shù)關(guān)系，因?yàn)檩斎胫?5 指向了多個(gè)輸出：

純函數(shù)是這樣一種函數(shù)，對(duì)于相同的輸入，永遠(yuǎn)會(huì)得到相同的輸出，而且沒(méi)有任何可觀察的副作用。

根據(jù)定義可以看出純函數(shù)其實(shí)就是數(shù)學(xué)函數(shù)，即表示從輸入的參數(shù)到輸出結(jié)果的映射。

而沒(méi)有副作用的純函數(shù)顯然都是引用透明的。

引用透明性（Referential Transparency）指的是，如果一段代碼在不改變整個(gè)程序行為的前提下，可以替換成它的執(zhí)行結(jié)果。

const double = x => x * 2
const addFive = x => x + 5
const num = double(addFive(10))

num === double(10 + 5)
    === double(15)
    === 15 * 2
    === 30

不過(guò)說(shuō)了半天，副作用又是啥...？

副作用是在計(jì)算的過(guò)程中，系統(tǒng)狀態(tài)的一種變化，或者與外部世界進(jìn)行的可觀察的交互。

副作用可能包含，但不限于一下行為：

更改文件系統(tǒng)

往數(shù)據(jù)庫(kù)中插入記錄

發(fā)送一個(gè) http 請(qǐng)求

改變數(shù)據(jù)

打印 log

獲取用戶輸入

DOM 查詢

訪問(wèn)系統(tǒng)狀態(tài)

...

只要是跟函數(shù)外部環(huán)境發(fā)生的交互就都是副作用——這一點(diǎn)可能會(huì)讓你懷疑無(wú)副作用編程的可行性。
函數(shù)式編程的哲學(xué)就是假定副作用是造成不正當(dāng)行為的主要原因。

當(dāng)然這并不是說(shuō)，要禁止使用一切副作用，而是說(shuō)，要讓它們?cè)诳煽氐姆秶鷥?nèi)發(fā)生。

在后面講到函子（functor）和單子（monad）的時(shí)候我們會(huì)學(xué)習(xí)如何控制它們。

面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的問(wèn)題是，它們永遠(yuǎn)都要隨身攜帶那些隱式的環(huán)境。你只需要一個(gè)香蕉，但卻得到一個(gè)拿著香蕉的大猩猩...以及整個(gè)叢林
by Erlang 作者：Joe Armstrong

所以使用純函數(shù)將會(huì)有以下好處：

可緩存性（Cacheable）

可移植性／自文檔化（Portable / Self-Documenting）

可測(cè)試性（Testable）

合理性（Reasonable）

并行代碼（Parallel Code）

Shared mutable state is the root of all evil
共享可變狀態(tài)是萬(wàn)惡之源
by Pete Hunt

const obj = { val: 1 }
someFn(obj)
console.log(obj) // ???

from Building Scalable, Highly Concurrent & Fault Tolerant Systems - Lessons Learned

說(shuō)到函數(shù)式編程語(yǔ)言，大家的第一反應(yīng)可能是 Haskell、OCaml、Lisp、Erlang、Scala、F#...

因?yàn)樗鼈兛赡苡幸韵绿匦裕?/p>

函數(shù)是“一等公民”（first class）

不可變數(shù)據(jù)

使用遞歸而不是循環(huán)

柯里化

惰性求值

代數(shù)數(shù)據(jù)類(lèi)型

模式匹配

...

而說(shuō)到 JavaScript，很多人可能第一反應(yīng)認(rèn)為這是一門(mén)面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言。

但是想想前面說(shuō)的：函數(shù)式編程只是一種編程范式，而編程范式就像“內(nèi)功心法”，所以與以上這些語(yǔ)言特性不完全相關(guān)，反而與你自己的編程思維（即世界觀和方法論）更加相關(guān)。

在函數(shù)式方面，由于 JavaScript 支持高階函數(shù)、匿名函數(shù)、函數(shù)是一等公民、閉包、解構(gòu)（模式匹配）等特性，所以它也能支持函數(shù)式編程范式。（雖然不是那么的原教旨函數(shù)式，但還基本夠用~尤其是 ES6 新增的箭頭函數(shù)等特性~還有各種類(lèi)庫(kù) ）

事實(shí)上 JavaScript 是一門(mén)基于原型（prototype-based）的多范式語(yǔ)言。

JavaScript 一共有 6 種原始類(lèi)型（包括 ES6 新添加的 Symbol 類(lèi)型），它們分別是 Boolean，Null，Undefined，Number，String 和 Symbol。 除了這些原始類(lèi)型，其他的類(lèi)型都是 Object，而 Object 都是可變的。

惰性（lazy）指求值的過(guò)程并不會(huì)立刻發(fā)生。

比如一些數(shù)學(xué)題，我們可能一開(kāi)始并不需要把所有表達(dá)式都求值，這樣可以在計(jì)算的過(guò)程中將一些表達(dá)式消掉。

惰性求值是相對(duì)于及早求值（eager evaluation）的。

比如大部分語(yǔ)言中，參數(shù)中的表達(dá)式都會(huì)被先求值，這也稱為應(yīng)用序語(yǔ)言。

比如看下面這樣一個(gè) JavaScript 的函數(shù)：

wholeNameOf(getFirstName(), getLastName())

getFirstName 與 getLastName 會(huì)依次執(zhí)行，返回值作為 wholeNameOf 函數(shù)的參數(shù)， wholeNameOf 函數(shù)最后才被調(diào)用。

另外，對(duì)于數(shù)組操作時(shí)，大部分語(yǔ)言也同樣采用的是應(yīng)用序。

[1, 2, 3, 4].map(x => x + 1)

所以，這個(gè)表達(dá)式立刻會(huì)返回結(jié)果 [2, 3, 4, 5] 。

當(dāng)然這并不是說(shuō) JavaScript 語(yǔ)言使用應(yīng)用序有問(wèn)題，但是沒(méi)有提供惰性序列的支持就是 JavaScript 的不對(duì)了。如果 map 一個(gè)大數(shù)組后我們發(fā)現(xiàn)其實(shí)只需要前 10 個(gè)元素時(shí)，去計(jì)算所有元素就顯得是多余的了。

面向?qū)ο笸ǔ１槐扔鳛槊~，而函數(shù)式編程是動(dòng)詞。面向?qū)ο蟪橄蟮氖菍?duì)象，對(duì)于對(duì)象的的描述自然是名詞。

面向?qū)ο蟀阉胁僮骱蛿?shù)據(jù)都封裝在對(duì)象內(nèi)，通過(guò)接受消息做相應(yīng)的操作。比如，對(duì)象 Kitty，它們可以接受“打招呼”的消息，然后做相應(yīng)的動(dòng)作。

而函數(shù)式的抽象方式剛好相反，是把動(dòng)作抽象出來(lái)，比如“打招呼”就是一個(gè)函數(shù)，而函數(shù)參數(shù)就是作為數(shù)據(jù)傳入的 Kitty（即 Kitty 進(jìn)入函數(shù)“打招呼”，出來(lái)的應(yīng)該是 Hello Kitty）。

面向?qū)ο罂梢酝ㄟ^(guò)繼承和組合在對(duì)象之間分享一些行為或者說(shuō)屬性，函數(shù)式的思路就是通過(guò)組合已有的函數(shù)形成一個(gè)新的函數(shù)。

然而 JavaScript 語(yǔ)言雖然支持高階函數(shù)，但是并沒(méi)有一個(gè)原生的利于組合函數(shù)產(chǎn)生新函數(shù)的方式。而這些強(qiáng)大的函數(shù)組合方式卻往往被類(lèi)似 Underscore，Lodash 等工具庫(kù)的光芒掩蓋掉（后面會(huì)說(shuō)到這些庫(kù)的問(wèn)題）。

函數(shù)式編程語(yǔ)言中因?yàn)椴豢勺償?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的原因，沒(méi)辦法實(shí)現(xiàn)循環(huán)。所以都是通過(guò)遞歸來(lái)實(shí)現(xiàn)循環(huán)。

然而遞歸使用不當(dāng)很容易棧溢出（Stack Overflow），所以一般采用尾遞歸的方式來(lái)優(yōu)化。

雖然 ES6 規(guī)范中規(guī)定了尾遞歸優(yōu)化規(guī)范，然而提供實(shí)現(xiàn)的解釋器還非常的少，詳情可以查閱這個(gè)鏈接

JavaScript 作為一種弱類(lèi)型的語(yǔ)言，沒(méi)有靜態(tài)類(lèi)型系統(tǒng)。不過(guò)使用一些 TypeScript 等預(yù)編譯的語(yǔ)言可以作為補(bǔ)充~

Declarative VS Imperative，這兩者的區(qū)別簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)其實(shí)就是 What VS How。

聲明式：

程序抽象了控制流過(guò)程，代碼描述的是 —— 數(shù)據(jù)流：即做什么。

更多依賴表達(dá)式。

表達(dá)式是指一小段代碼，它用來(lái)計(jì)算某個(gè)值。表達(dá)式通常是某些函數(shù)調(diào)用的復(fù)合、一些值和操作符，用來(lái)計(jì)算出結(jié)果值。

命令式：

代碼描述用來(lái)達(dá)成期望結(jié)果的特定步驟 —— 控制流：即如何做。

頻繁使用語(yǔ)句。

語(yǔ)句是指一小段代碼，它用來(lái)完成某個(gè)行為。通用的語(yǔ)句例子包括 for、if、switch、throw，等等……