[JavaScript知识库]【JavaScript】函数式编程

0. 什么是函数式编程？

函数式编程(Functional programming)是一种编程范式，利用函数把整个程序的执行过程封装起来，通过组合各种函数来获得程序的执行结果。

举个例子，这个例子是将一段英文文本转换为每个单词的首字母均大写(对应Python中的.title()方法)：

let str = "My name is UltraMar1ne, I've 18 years old."
str = str.split(" ")
	.map(word => word.slice(0, 1).toUpperCase() + word.slice(1))
	.join(" ");
console.log(str)

这段代码的执行结果是：

My Name Is UltraMar1ne, I’ve 18 Years Old.

解读一下上面的代码：

先通过.split()方法将文本分割成单词数组；然后通过.map()方法返回一个新的数组，这个新数组的每个单词通过.toUpperCase()方法将切片后的第一个字符大写；最后再将其通过.join()方法用空格将其拼接

通过上面的例子，我们仔细观察一下，可以发现函数式编程有以下特点：

• 通过函数进行数据转换
• 串联多个函数求取最终结果

1. 声明式编程和命令式编程

首先来解释一下这两个概念：

• 声明式编程：告诉程序我们想干什么，而不是通过自己手写操作来一步步实现。这种程序一般是表达式，是一些函数调用的复合、一些值和操作符，用来计算结果
• 命令式编程：编写指令，来完成自己所想的内容。会涉及很多复杂的细节，比如if, while, for等

举个例子，现有一系列自定义对象，其中一个的定义如下：

let student = {
    name,
    age,
    studentId,
    score,
    ...
};

然后我想取出所有对象的studentId属性，两种编程方式分别如何去做呢？(这里将以返回值的形式展现)

// 声明式编程
let getStudentId = (arr) => {
    return arr.map(student => student.studentId);
}

// 命令式编程
let getStudentId = (arr) => {
    let res = [];
    arr.forEach(student => {
        res.push(student.studentId);
    });
    return res;
}

在规模较小、较为简单的程序中，两者其实并没有什么太大的差别。

但是随着程序规模的增长，函数式编程采用表达式的思想将会贯穿代码始终，这也是函数式编程的基础。

2. 函数式编程的特性

2.1 无副作用

调用函数时不会修改外部状态

即，无论调用多少次，其返回值状态不可能会发生改变

let a = 1;
// 含副作用，a被改变了
function add() {
    return ++a;
}

// 无副作用
function add(a) {
    return a+1;
}

2.2 透明引用

函数只会用到传递给它的变量以及自己内部创建的变量，不会使用到其他变量

let a = 1, b = 2;
// 使用的并不是自己的变量，容易造成污染
function add() {
    return a+b;
}

// 内部使用到的变量
function add(a) {
    return a+1;
}

2.3 不可变变量

一个变量一旦创建后，就不能再进行修改，任何修改都会生成一个新的变量。使用不可变变量最大的好处是线程安全。多个线程可以同时访问同一个不可变变量，让并行变得更容易实现。 由于 JavaScript 原生不支持不可变变量，需要通过第三方库来实现。 (如 Immutable.js，Mori 等等)

let obj = Immutable({ a: 1 });
let obj2 = obj.set('a', 2);
console.log(obj);  // Immutable({ a: 1 })
console.log(obj2); // Immutable({ a: 2 })

2.4 函数是一等公民

在JavaScript中，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

3. 常见的函数式编程模型

3.1 闭包

如果一个函数引用了自由变量，那么该函数就是一个闭包

自由变量是指不属于该函数作用域的变量(所有全局变量都是自由变量，严格来说引用了全局变量的函数都是闭包，但这种闭包并没有什么用，通常情况下我们说的闭包是指函数内部的函数)

闭包形成需要什么条件呢？

• 存在内、外层函数嵌套
• 内层函数对外层函数的局部变量进行引用

闭包有什么用呢？

闭包可以定义一些作用域局限的持久化变量，这些变量可以用来做缓存或者计算的中间量

举个例子：

// 简单的缓存工具
// 匿名函数创造了一个闭包
const cache = (function() {
  const store = {};
  return {
    get(key) {
      return store[key];
    },
    set(key, val) {
      store[key] = val;
    }
  }
}());

console.log(cache) //{get: ?, set: ?}

cache.set('a', 1);
cache.get('a');  // 1

上述例子中，创建了一个存储对象store，由于在返回时形成了闭包，这样使得store可以一直被引用，不会被回收

由此也可见闭包的弊端：持久化变量不会被回收，导致内存占用，很容易造成资源浪费

3.2 高阶函数

高阶函数这个概念自我从Python学起时，就一直有被提及，当时还觉得就是很高级的函数，其实不然

高阶函数是指一个函数以函数为参数，或以函数为返回值，或同时存在上述两种情况

高阶函数经常用于：

• 抽象或隔离行为、作用，异步控制流程作为回调函数，promises，monads等；
• 创建可以泛用于各种数据类型的功能；
• 部分应用于函数参数（偏函数应用）或创建一个柯里化的函数，用于复用或函数复合；
• 接受一个函数列表并返回一些由这个列表中的函数组成的复合函数。

JavaScript是支持高阶函数的，而且也自带了一些我们熟知的高阶函数如：Array.prototype.map, Array.prototype.filter, Array.prototype.reduce等，具体用法请移步红宝书(《JavaScript高级程序设计（第4版）》)

3.3 函数柯里化

函数柯里化又称部分求值，柯里化函数会接收一些参数，但是不会立即求值，而是继续返回一个新函数，将传入的参数通过闭包的形式保存，等到被真正求值的时候，再一次性把所有传入的参数进行求值

举个例子：

// 普通函数
function add(x,y){
    return x + y;
}
add(1,2); // 3

// 函数柯里化
let add = function(x) {
  return function(y) {
    return x + y;
  };
};

let increment = add(1);
increment(2); // 3

// 也可以如此调用
let increment = add(1)(2); // 3

3.4 函数组合(Composition)

上文有提到过，可以通过函数的链式调用来进行表达式的求取。但是，随着链式调用的规模不断增大，代码的可读性也会随之降低，有没有一种方法可以解决上述问题？

有，就是函数组合

例如，假设有一个 compose 函数，它可以接受多个函数作为参数，然后返回一个新的函数。当我们为这个新函数传递参数时，该参数就会「流」过其中的函数，最后返回结果：

// 两个函数的组合
let compose = function(f, g) {
    return function(x) {
        return f(g(x));
    };
};

// 或者
let compose = (f, g) => (x => f(g(x)));
let add1 = x => x + 1;
let mul5 = x => x * 5;
compose(mul5, add1)(2);// =>15