核心要點(diǎn)

• 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(xiě)優(yōu)雅、易維護(hù)、可擴(kuò)展、可預(yù)測(cè)的代碼。
• 函數(shù)式編程的核心原則包括純函數(shù)（沒(méi)有副作用或與函數(shù)輸出無(wú)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(gè)或多個(gè)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(cè)試。由于函數(shù)調(diào)用可以分布在多個(gè)核心上，它還可以提高計(jì)算效率。
• 函數(shù)式編程原則可以融入任何編程語(yǔ)言，并與其他編程風(fēng)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(xiě)優(yōu)雅、易維護(hù)、可擴(kuò)展、可預(yù)測(cè)的代碼。函數(shù)式編程（FP）的原則可以極大地幫助實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。

函數(shù)式編程是一種范式或風(fēng)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(yǔ)的含義，請(qǐng)不要擔(dān)心！我們將在本文中分解所有這些術(shù)語(yǔ)。

函數(shù)式編程起源于λ演算，這是一個(gè)圍繞函數(shù)抽象和泛化的數(shù)學(xué)系統(tǒng)。因此，許多函數(shù)式編程語(yǔ)言看起來(lái)非常具有數(shù)學(xué)性。不過(guò)好消息是：您不需要使用函數(shù)式編程語(yǔ)言就能將函數(shù)式編程原則應(yīng)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(huì)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(lái)談?wù)凢P背后的核心原則。

純函數(shù)

我喜歡將函數(shù)視為機(jī)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(méi)有“副作用”或與函數(shù)輸出無(wú)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(lái)，或者操作函數(shù)外部的變量。

這是一個(gè)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(tái)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(tái)記錄值
  return number;
}

squareNumber();

純函數(shù)獨(dú)立于函數(shù)外部的狀態(tài)運(yùn)行，因此它們不應(yīng)該依賴于全局狀態(tài)或自身外部的變量。在第一個(gè)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(duì)其進(jìn)行設(shè)置。這違反了該原則。如果您嚴(yán)重依賴不斷變化的全局變量，您的代碼將不可預(yù)測(cè)且難以追蹤。將更難以找出錯(cuò)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(jìn)行調(diào)試。

此外，函數(shù)應(yīng)遵循引用透明性，這意味著給定某個(gè)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(jī)數(shù)并非如此，這只是兩個(gè)例子。給定相同的輸入，可能會(huì)也可能不會(huì)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(lái)可預(yù)測(cè)性——您知道數(shù)據(jù)的價(jià)值，并且它們不會(huì)改變。它使代碼簡(jiǎn)單、可測(cè)試，并且能夠在分布式和多線程系統(tǒng)上運(yùn)行。

當(dāng)我們處理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，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(gè)項(xiàng)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(fù)制數(shù)組，并在此過(guò)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(chǔ)在變量中。

// 我們復(fù)制數(shù)組而不包含最后一個(gè)元素，并將其存儲(chǔ)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(xiàng)操作之一的函數(shù)：它們要么將函數(shù)作為其一個(gè)或多個(gè)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(lái)與數(shù)組交互。

filter用于從舊數(shù)組返回一個(gè)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(xiàng)目，根據(jù)提供的邏輯修改每個(gè)項(xiàng)目。在下面的示例中，我們通過(guò)將一個(gè)將我們的值乘以2的函數(shù)傳遞給map來(lái)使數(shù)組中的每個(gè)項(xiàng)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(gè)值——它通常用于對(duì)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(shí)現(xiàn)這些功能！例如，您可以創(chuàng)建一個(gè)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(duì)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(tái)記錄值
  return number;
}

squareNumber();

您可能也對(duì)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(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)組合起來(lái)以創(chuàng)建更復(fù)雜的函數(shù)。因此，您可以擁有一個(gè)averageArray函數(shù)，它將平均函數(shù)與求和函數(shù)組合起來(lái)，該求和函數(shù)對(duì)數(shù)組的值求和。各個(gè)函數(shù)很小，可以重復(fù)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(shì)

函數(shù)式編程產(chǎn)生模塊化代碼。您擁有可以反復(fù)使用的少量函數(shù)。了解每個(gè)函數(shù)的具體功能意味著查明錯(cuò)誤和編寫(xiě)測(cè)試應(yīng)該很簡(jiǎn)單，尤其是在函數(shù)輸出應(yīng)該是可預(yù)測(cè)的情況下。

此外，如果您嘗試使用多個(gè)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(jì)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(lái)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(rèn)為是其對(duì)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(lái)主要使用類語(yǔ)法。它也可以在幾乎任何編程語(yǔ)言中實(shí)現(xiàn)——除非您真的想，否則您不需要編寫(xiě)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(jiàn)問(wèn)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(gè)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(méi)有任何隱藏的輸入或輸出。第三個(gè)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(jiǎn)潔、更容易理解。

函數(shù)式編程與過(guò)程式編程有何不同？

函數(shù)式編程和過(guò)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(guò)程式編程中，程序狀態(tài)存儲(chǔ)在變量中，并且可以隨著時(shí)間的推移而改變。在函數(shù)式編程中，狀態(tài)不會(huì)改變，而是從現(xiàn)有狀態(tài)創(chuàng)建新?tīng)顟B(tài)。這使得函數(shù)式編程更易于預(yù)測(cè)和調(diào)試，因?yàn)闆](méi)有副作用需要擔(dān)心。

函數(shù)式編程的優(yōu)勢(shì)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?yàn)樗苊饬烁弊饔煤涂勺儬顟B(tài)。它還可以使代碼更可靠，因?yàn)樗膭?lì)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(cè)試和調(diào)試，因?yàn)楹瘮?shù)可以在隔離狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)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(xué)習(xí)，特別是對(duì)于習(xí)慣于過(guò)程式或面向?qū)ο缶幊痰娜藖?lái)說(shuō)。用函數(shù)式風(fēng)格實(shí)現(xiàn)某些算法也可能更困難。此外，函數(shù)式編程有時(shí)會(huì)導(dǎo)致效率較低的代碼，因?yàn)樗ǔＩ婕皠?chuàng)建新對(duì)象而不是修改現(xiàn)有對(duì)象。

哪些語(yǔ)言支持函數(shù)式編程？

許多編程語(yǔ)言在某種程度上支持函數(shù)式編程。有些語(yǔ)言，如Haskell和Erlang，是純函數(shù)式的，而另一些語(yǔ)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(yǔ)言。即使是傳統(tǒng)上與函數(shù)式編程無(wú)關(guān)的語(yǔ)言，如Java和C ，近年來(lái)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)需要副作用時(shí)，它們會(huì)被隔離和控制。例如，在Haskell中，副作用使用monad來(lái)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(gè)函數(shù)，它將一個(gè)或多個(gè)函數(shù)作為參數(shù)，返回一個(gè)函數(shù)作為其結(jié)果，或者同時(shí)執(zhí)行這兩項(xiàng)操作。高階函數(shù)是函數(shù)式編程的一個(gè)關(guān)鍵特性，因?yàn)樗试S將函數(shù)用作數(shù)據(jù)。這可以導(dǎo)致更簡(jiǎn)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?yàn)檠h(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(lái)解決各種各樣的問(wèn)題，從計(jì)算階乘到遍歷樹(shù)。

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(gè)具有多個(gè)參數(shù)的函數(shù)被轉(zhuǎn)換為一系列函數(shù)，每個(gè)函數(shù)只有一個(gè)參數(shù)。這允許函數(shù)的部分應(yīng)用，其中一個(gè)函數(shù)應(yīng)用于其某些參數(shù)，并返回一個(gè)采用其余參數(shù)的新函數(shù)。

什么是函數(shù)式反應(yīng)式編程？

函數(shù)式反應(yīng)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(yīng)式編程。在 FRP 中，程序狀態(tài)被建模為一系列隨時(shí)間變化的不可變值，并且使用函數(shù)來(lái)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(dòng)的程序，因?yàn)樗苊饬丝勺儬顟B(tài)和副作用。

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