一篇有关函数式编程的形象生动教程

函数式编程（FP）与面向对象编程（OOP）的诞生的时间差不多，但它最近才最受欢迎，特别是在JavaScript社区中，为什么？

我在00年代早期就学麻省理工学院。计算机程序的体系结构和解释（SICP）是我的教科书。所以我的第一个正式学习的编程语言是函数性的，然后我在工业界工作了十多年，几乎没有多少时间考虑过使用FP。当得知大学的教科书被认为是“函数性编程圣经”时很震惊。

别误会我的意思，这是一本很好的教科书。我敢肯定它会让我成为一个更好的程序员，但这并不是我需要经常在Java / ActionScript / PHP / Python / Ruby / JavaScript等职业生涯中使用的东西。

然后我在Wyncode Academy任教四年，并发现自己试图向新手解释FP概念。这很难 - 比OOP更难。

为什么FP比OOP更难？

相关问题：为什么FP需要这么长时间才能流行起来？

我们编码社区需要解决为什么FP难以教授。像一个宗教说教一样传播FP重复了同样的错误，导致FP长期在这个行业中萎靡不振。

对FP的许多介绍都遗漏了一些东西。它不仅仅是一种替代编程风格。这是一种新的思维方式，它代表的类似的技巧也可以与来自OOP背景的更有经验的 程序员 一起使用。

我在Wyncode中使用的技术之一就是讲述一个难以理解的概念时，首先让学生了解概念的背景以及 这个概念的大致样子(big picture)，之后就更容易解释技术细节了。

大致样子(big picture)：历史背景

计算机是如何工作的？最常见的（流行的？易于理解的？）计算模型是图灵机。FP程序员抱怨的状态正在图灵机中正视着我们。用于操作该机器的算法表示不同状态之间的转换，例如从打开 / 关闭 （1或0）的一些盒子到打开 / 关闭的一些其他盒子。

如果我们试图想象两个图灵机同时在同一磁带上运行，我们就可以开始理解为什么“共享状态”和OOP中的并发性都是难题。

图灵机是一台通用机器。它可用于解决每个可有效计算的数学和逻辑问题。这是个简单的操作集： 向左移动，向右移动，写点，读点，擦除点（增删改查CRUD）。 足以（给予足够的时间和资源）来解决宇宙中的每个数学问题。

这就是艾伦·图灵在1936年所证明的。

在许多方面，图灵机是计算机“工作”的方式。但这也是计算机的工作原理。但是还有另外一种理论：

电路是不同的计算模型。每个逻辑门（AND，OR，NAND，NOR，XOR等）都是纯函数。他们接受输入并产生没有副作用的输出。如果我们只有能够创建和组合这些“函数”，我们还可以解决宇宙中每个可解决的数学问题。这也是阿隆佐·邱奇在1936年证明的。

所以我们有两种不同的计算模型：图灵机​​的0和1（对象）和阿隆佐·邱奇用逻辑门（函数）构建的lambda演算。哪一个是正确的？

有一段时间，关于抽象图灵机是否能解决与lambda演算相同的数学问题（反之亦然）的辩论。最终他们被证明是等同的。

等同意味着它们同样强大。任何可以为图灵机编写的算法也可以使用函数编写。因此，任何可以用图灵机软件编写的程序也可以用电路硬件表示。

“硬件编程”是什么意思？我们可以看到 专用集成电路（ASIC）中 体现的“硬件编程” 。可以创建“编程”的电路，以便快速完成一件事，比如 我的比特币 或 下棋 。

我们现在有两种编程选择。硬件更快，软件更慢。在软件中犯了错误？只需点击删除键，然后重试。硬件出错？是时候抓烙铁了。这是一个经典的工程设计权衡。

因此，假设我们有一个以OOP风格编写的算法，我们希望将其转换为ASIC硬件编程。以FP风格重写程序可能是一个很好的策略，因此它可以更好地映射到底层电路图。

面向FP的语言往往看起来像电路。特别是Unix，Elixir，F＃，JavaScript和其他“管道操作员” 使代码看起来像电路图：输入进入左侧，流过许多“门”（管道）直到它们被转换进入右边的最终输出。某些语言（|>）使用的管道运算符看起来像逻辑门，这可能不是巧合。

大致样子(big picture)：哲学

我拿到了我的CS学位的哲学辅修，所以我着迷的一件事是这两个研究领域的交集。我发现在教授新程序员时，特别是那些具有人文学科而不是STEM背景的程序员，有助于在这两个领域重叠处讨论思想。

FP中一个哲学上重要的概念是“函数相等 functionally equivalent”。

也许证明这种等价性的最好例子是 汤姆斯图尔特的 伟大文章 “从无开始编程” 。这里借用他对数字如何完全用函数表示的方式来解释编码：

首先将数字0的概念定义为接受函数参数但不对其执行任何操作的函数。

# Ruby
ZERO = -> (func) { 
  # does nothing
  func
}

类似地，我们可以将所有自然数定义为接受函数参数的函数，并将它们调用n次。

ONE = -> (func) {
  # calls it once
  # same as func.call()
  func[];
  func
}

TWO = -> (func) {
  # calls it twice
  func[]
  func[]
  func
}

要测试这些“函数数字”，请将它们传递给测试函数。

HELLO = ->() { puts <font>"hello"</font><font> }

# same as: ZERO.call(HELLO)
ZERO[HELLO] # nothing displayed
ONE[HELLO]  # one </font><font>"hello"</font><font> displayed
TWO[HELLO]  # </font><font>"hello"</font><font> twice
</font>

这种函数数字符号表示法其实很难玩和调试。因此，为了更容易使用，我们可以定义一个函数，将这些函数数转换为我们习惯使用的对象数字。

# convert number function into number object
def to_integer(func)
  # count how many times counter is called
  n = 0
  counter = ->() { n += 1 }
  func[counter]
  n
end

p to_integer(ZERO) # 0
p to_integer(ONE)  # 1
p to_integer(TWO)  # 2

这个转换器创建计数功能并将其传递给数字函数。ZERO函数将调用它为零次，ONE函数将调用它一次，等等。我们跟踪计数器被调用多少次以获得结果。

对于这些函数数字定义，我们可以实现添加各种功能：ADD SUM统计等。

ADD = -> (func1, func2) {
  -> (f) { func1[func2[f]] }
}

sum = ADD[ZERO, ZERO]
p to_integer(sum) # 0

sum = ADD[ZERO, ONE]
p to_integer(sum) # 1

sum = ADD[ONE, ONE]
p to_integer(sum) # 2

如果TWO调用一个函数两次，那么ADD[TWO, TWO]将返回一个调用其参数四次的函数数字（函数数字FOUR）。

这是一个令人费解的方式。当我看完“从无开始编程”这本书时，我感觉这是一个巧妙应用基本计算机科学概念的有趣书籍，但不是我在日常工作中可以使用的东西。

而这正是我（我怀疑很多其他人）对FP一般的感觉 - 它很聪明，但似乎没有用。这是我们需要解决的问题。

所以，教FP更好的开始地方是“黑客帝国3:矩阵革命”。

什么是矩阵与FP呢？ 这部电影告诉我们：我们没有证据证明我们周围的世界是真实的。也许世界上有实际的物体，或者我们只是 在罐子里的大脑 。

因此，至少有两个相互矛盾的理论，例如，第一个是什么。我们可以与之交互（触摸和感觉）是一种（名词，对象）吗？或者它是一个动作（一个动词，一个函数），一个作用于世界的东西，但没有实在的呈现？

函数数字one是数字1的模拟，它是在函数等同 functionally equivalent于对象数字one，意味着它可以做对象数字one做的任何事情。

但是OOP中的对象“存在”并不是真的“存在”。这是一个矩阵模拟。它没有固有属性 - 它不是x，它只是像x。

打个比喻，你坐在真正的椅子上只是一种 用力按压你的身体 功能？“椅子”可以是存在于现实世界中的椅子这个对象，也可以是一种椅子功能：一种希望用舒适的力量推动你的功能，并没有潜在的客观基础。

想想颜色，红色美味的苹果真的是红色的（形容词、描述名词）还是扮演红色（动词）？颜色是真正的底层苹果对象的固有属性，还是仅仅是当光照在它上面时执行函数的动作结果呢？苹果真的还是模拟的呢？

解释这个哲学概念的难度是解释为什么FP难以教授的好隐喻。为了帮助学生理解，首先要开放他们的想法，让世界完全由“功能/函数”组成。从样子big picture概念开始，然后转向世界的FP模型：它们与OOP表示的区别以及它们如何具有相同的结果。（banq注：从概念开始转向有两个：一个是名词，一个是动词，FP是转向到动词，而我们日常是转向名词，但是很多人没有意识到这种转向，所以很难转到动词方向去接受函数编程）