核心要點

• 函數(shù)式編程是一種編程范式，它重視不變性、一等函數(shù)、引用透明性和純函數(shù)。它有助于編寫優(yōu)雅、易維護、可擴展、可預測的代碼。
• 函數(shù)式編程的核心原則包括純函數(shù)（沒有副作用或與函數(shù)輸出無關(guān)的操作的函數(shù)）、不變性（不直接修改數(shù)據(jù)）、一等函數(shù)（函數(shù)可以像任何其他值一樣使用）和高階函數(shù)（將函數(shù)作為其一個或多個參數(shù)的函數(shù)，或者返回函數(shù)的函數(shù)）。
• 函數(shù)式編程產(chǎn)生模塊化代碼，更容易調(diào)試和測試。由于函數(shù)調(diào)用可以分布在多個核心上，它還可以提高計算效率。
• 函數(shù)式編程原則可以融入任何編程語言，并與其他編程風格（如面向?qū)ο缶幊蹋┙Y(jié)合使用。即使不純粋地使用它們，它們也能在代碼中產(chǎn)生積極的結(jié)果。

作為程序員，您可能希望編寫優(yōu)雅、易維護、可擴展、可預測的代碼。函數(shù)式編程（FP）的原則可以極大地幫助實現(xiàn)這些目標。

函數(shù)式編程是一種范式或風格，它重視不變性、一等函數(shù)、引用透明性和純函數(shù)。如果您不明白這些詞語的含義，請不要擔心！我們將在本文中分解所有這些術(shù)語。

函數(shù)式編程起源于λ演算，這是一個圍繞函數(shù)抽象和泛化的數(shù)學系統(tǒng)。因此，許多函數(shù)式編程語言看起來非常具有數(shù)學性。不過好消息是：您不需要使用函數(shù)式編程語言就能將函數(shù)式編程原則應用到您的代碼中。在這篇文章中，我們將使用JavaScript，它有很多特性使其適合函數(shù)式編程，而不會局限于該范式。

函數(shù)式編程的核心原則

既然我們已經(jīng)討論了什么是函數(shù)式編程，那么讓我們來談談FP背后的核心原則。

純函數(shù)

我喜歡將函數(shù)視為機器——它們接受輸入或參數(shù)，然后輸出某些內(nèi)容，即返回值。純函數(shù)沒有“副作用”或與函數(shù)輸出無關(guān)的操作。一些潛在的副作用包括打印值或使用console.log將其記錄下來，或者操作函數(shù)外部的變量。

這是一個非純函數(shù)的示例：

let number = 2;

function squareNumber() {
  number = number * number; // 非純操作：操作函數(shù)外部的變量
  console.log(number); // 非純操作：控制臺記錄值
  return number;
}

squareNumber();

下面的函數(shù)是純函數(shù)。它接受輸入并產(chǎn)生輸出。

let number = 2;

function squareNumber() {
  number = number * number; // 非純操作：操作函數(shù)外部的變量
  console.log(number); // 非純操作：控制臺記錄值
  return number;
}

squareNumber();

純函數(shù)獨立于函數(shù)外部的狀態(tài)運行，因此它們不應該依賴于全局狀態(tài)或自身外部的變量。在第一個示例中，我們使用了在函數(shù)外部創(chuàng)建的number變量，并在函數(shù)內(nèi)部對其進行設(shè)置。這違反了該原則。如果您嚴重依賴不斷變化的全局變量，您的代碼將不可預測且難以追蹤。將更難以找出錯誤發(fā)生的位置以及值發(fā)生變化的原因。相反，僅使用輸入、輸出和函數(shù)局部變量可以更容易地進行調(diào)試。

此外，函數(shù)應遵循引用透明性，這意味著給定某個輸入，它們的輸出將始終相同。在上例函數(shù)中，如果我將2傳遞給函數(shù)，它將始終返回4。API調(diào)用或生成隨機數(shù)并非如此，這只是兩個例子。給定相同的輸入，可能會也可能不會返回輸出。

// 純函數(shù)
function squareNumber(number) {
  return number * number;
}

squareNumber(2);

不變性

函數(shù)式編程還優(yōu)先考慮不變性，即不直接修改數(shù)據(jù)。不變性帶來可預測性——您知道數(shù)據(jù)的價值，并且它們不會改變。它使代碼簡單、可測試，并且能夠在分布式和多線程系統(tǒng)上運行。

當我們處理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，不變性經(jīng)常發(fā)揮作用。JavaScript中的許多數(shù)組方法直接修改數(shù)組。例如，.pop()直接從數(shù)組末尾刪除一個項目，而.splice()允許您獲取數(shù)組的一部分。相反，在函數(shù)式范式中，我們將復制數(shù)組，并在此過程中刪除我們想要消除的元素。

// 不具有引用透明性
Math.random();
// 0.1406399143589343
Math.random();
// 0.26768924082159495

// 我們直接修改 myArr
const myArr = [1, 2, 3];
myArr.pop();
// [1, 2]

一等函數(shù)

在函數(shù)式編程中，我們的函數(shù)是一等函數(shù)，這意味著我們可以像使用任何其他值一樣使用它們。我們可以創(chuàng)建函數(shù)數(shù)組，將它們作為參數(shù)傳遞給其他函數(shù)，并將它們存儲在變量中。

// 我們復制數(shù)組而不包含最后一個元素，并將其存儲到變量中
let myArr = [1, 2, 3];
let myNewArr = myArr.slice(0, 2);
// [1, 2]
console.log(myArr);

高階函數(shù)

高階函數(shù)是執(zhí)行以下兩項操作之一的函數(shù)：它們要么將函數(shù)作為其一個或多個參數(shù)，要么返回函數(shù)。JavaScript中內(nèi)置了許多第一類高階函數(shù)——例如map、reduce和filter，我們可以使用它們來與數(shù)組交互。

filter用于從舊數(shù)組返回一個新數(shù)組，該新數(shù)組僅包含符合我們提供的條件的值。

let myFunctionArr = [() => 1 + 2, () => console.log("hi"), x => 3 * x];
myFunctionArr[2](2); // 6

const myFunction = anotherFunction => anotherFunction(20);
const secondFunction = x => x * 10;
myFunction(secondFunction); // 200

map用于迭代數(shù)組中的項目，根據(jù)提供的邏輯修改每個項目。在下面的示例中，我們通過將一個將我們的值乘以2的函數(shù)傳遞給map來使數(shù)組中的每個項目加倍。

const myArr = [1, 2, 3, 4, 5];

const evens = myArr.filter(x => x % 2 === 0); // [2, 4]

reduce允許我們根據(jù)輸入的數(shù)組輸出單個值——它通常用于對數(shù)組求和、展平數(shù)組或以某種方式分組值。

const myArr = [1, 2, 3, 4, 5];

const doubled = myArr.map(i => i * 2); // [2, 4, 6, 8, 10]

您也可以自己實現(xiàn)這些功能！例如，您可以創(chuàng)建一個類似這樣的filter函數(shù)：

const myArr = [1, 2, 3, 4, 5];

const sum = myArr.reduce((i, runningSum) => i + runningSum); // 15

第二類高階函數(shù)（返回其他函數(shù)的函數(shù)）也是一種相對頻繁的模式。例如：

let number = 2;

function squareNumber() {
  number = number * number; // 非純操作：操作函數(shù)外部的變量
  console.log(number); // 非純操作：控制臺記錄值
  return number;
}

squareNumber();

您可能也對柯里化感興趣，可以閱讀一下！

函數(shù)組合

函數(shù)組合是將多個簡單的函數(shù)組合起來以創(chuàng)建更復雜的函數(shù)。因此，您可以擁有一個averageArray函數(shù)，它將平均函數(shù)與求和函數(shù)組合起來，該求和函數(shù)對數(shù)組的值求和。各個函數(shù)很小，可以重復用于其他目的，并且組合在一起可以執(zhí)行更完整的工作。

// 純函數(shù)
function squareNumber(number) {
  return number * number;
}

squareNumber(2);

優(yōu)勢

函數(shù)式編程產(chǎn)生模塊化代碼。您擁有可以反復使用的少量函數(shù)。了解每個函數(shù)的具體功能意味著查明錯誤和編寫測試應該很簡單，尤其是在函數(shù)輸出應該是可預測的情況下。

此外，如果您嘗試使用多個核心，您可以將函數(shù)調(diào)用分布到這些核心上，因此它可以提高計算效率。

如何使用函數(shù)式編程？

您不需要完全轉(zhuǎn)向函數(shù)式編程來整合所有這些想法。您甚至可以將許多想法很好地與面向?qū)ο缶幊探Y(jié)合使用，后者通常被認為是其對手。

例如，React結(jié)合了許多函數(shù)式原則，例如不可變狀態(tài)，但多年來主要使用類語法。它也可以在幾乎任何編程語言中實現(xiàn)——除非您真的想，否則您不需要編寫Clojure或Haskell。

即使您不是純粹主義者，函數(shù)式編程原則也能在您的代碼中產(chǎn)生積極的結(jié)果。

關(guān)于函數(shù)式編程的常見問題

函數(shù)式編程的關(guān)鍵原則是什么？

函數(shù)式編程基于一些關(guān)鍵原則。首先是不變性，這意味著一旦設(shè)置了變量，就不能更改它。這消除了副作用，并使代碼更容易理解。第二個原則是純函數(shù)，這意味著函數(shù)的輸出僅由其輸入決定，沒有任何隱藏的輸入或輸出。第三個原則是頭等函數(shù)，這意味著函數(shù)可以用作其他函數(shù)的輸入或輸出。這允許高階函數(shù)，并使代碼更簡潔、更容易理解。

函數(shù)式編程與過程式編程有何不同？

函數(shù)式編程和過程式編程之間的主要區(qū)別在于它們處理數(shù)據(jù)和狀態(tài)的方式。在過程式編程中，程序狀態(tài)存儲在變量中，并且可以隨著時間的推移而改變。在函數(shù)式編程中，狀態(tài)不會改變，而是從現(xiàn)有狀態(tài)創(chuàng)建新狀態(tài)。這使得函數(shù)式編程更易于預測和調(diào)試，因為沒有副作用需要擔心。

函數(shù)式編程的優(yōu)勢是什么？

函數(shù)式編程提供了許多好處。它可以使代碼更易于閱讀和理解，因為它避免了副作用和可變狀態(tài)。它還可以使代碼更可靠，因為它鼓勵使用始終為相同輸入產(chǎn)生相同輸出的純函數(shù)。此外，函數(shù)式編程可以使代碼更容易測試和調(diào)試，因為函數(shù)可以在隔離狀態(tài)下進行測試。

函數(shù)式編程的挑戰(zhàn)是什么？

雖然函數(shù)式編程有很多好處，但它也有一些挑戰(zhàn)。它可能難以學習，特別是對于習慣于過程式或面向?qū)ο缶幊痰娜藖碚f。用函數(shù)式風格實現(xiàn)某些算法也可能更困難。此外，函數(shù)式編程有時會導致效率較低的代碼，因為它通常涉及創(chuàng)建新對象而不是修改現(xiàn)有對象。

哪些語言支持函數(shù)式編程？

許多編程語言在某種程度上支持函數(shù)式編程。有些語言，如Haskell和Erlang，是純函數(shù)式的，而另一些語言，如JavaScript和Python，是支持函數(shù)式編程以及其他范式的多范式語言。即使是傳統(tǒng)上與函數(shù)式編程無關(guān)的語言，如Java和C ，近年來也添加了支持函數(shù)式編程的功能。

函數(shù)式編程如何處理副作用？

在函數(shù)式編程中，盡可能避免副作用。這是通過使用不更改任何狀態(tài)或執(zhí)行任何I/O操作的純函數(shù)來實現(xiàn)的。當需要副作用時，它們會被隔離和控制。例如，在Haskell中，副作用使用monad來處理，monad封裝了副作用，并提供了一種以受控方式將它們鏈接在一起的方法。

函數(shù)式編程中的高階函數(shù)是什么？

高階函數(shù)是一個函數(shù)，它將一個或多個函數(shù)作為參數(shù)，返回一個函數(shù)作為其結(jié)果，或者同時執(zhí)行這兩項操作。高階函數(shù)是函數(shù)式編程的一個關(guān)鍵特性，因為它允許將函數(shù)用作數(shù)據(jù)。這可以導致更簡潔和更具表現(xiàn)力的代碼。

函數(shù)式編程中的遞歸是什么？

遞歸是一種技術(shù)，其中函數(shù)在其自身定義中調(diào)用自身。在函數(shù)式編程中，遞歸通常用作循環(huán)的替代品，因為循環(huán)涉及可變狀態(tài)，而這在函數(shù)式編程中是避免的。遞歸可以用來解決各種各樣的問題，從計算階乘到遍歷樹。

函數(shù)式編程中的柯里化是什么？

柯里化是函數(shù)式編程中的一種技術(shù)，其中一個具有多個參數(shù)的函數(shù)被轉(zhuǎn)換為一系列函數(shù)，每個函數(shù)只有一個參數(shù)。這允許函數(shù)的部分應用，其中一個函數(shù)應用于其某些參數(shù)，并返回一個采用其余參數(shù)的新函數(shù)。

什么是函數(shù)式反應式編程？

函數(shù)式反應式編程 (FRP) 是一種編程范式，它結(jié)合了函數(shù)式編程和反應式編程。在 FRP 中，程序狀態(tài)被建模為一系列隨時間變化的不可變值，并且使用函數(shù)來轉(zhuǎn)換和組合這些值。這使得更容易推理異步和事件驅(qū)動的程序，因為它避免了可變狀態(tài)和副作用。

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