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此篇文章的地址: JavaScript函数式编程入门经典
正文开始
什么是函数式编程?为何它重要?
数学中的函数
f(x) = y // 一个函数f,以x为参数,并返回输出y
关键点:
- 函数必须总是接受一个参数
- 函数必须总是返回一个值
- 函数应该依据接收到的参数(例如x)而不是外部环境运行
- 对于一个给定的x,只会输出唯一的一个y
函数式编程技术主要基于数学函数和它的思想,所以要理解函数式编程,先了解数学函数是有必要的。
函数式编程的定义
函数是一段可以通过其名称被调用的代码。它可以接受参数,并返回值。
与面向对象编程(Object-oriented programming)和过程式编程(Procedural programming)一样,函数式编程(Functional programming)也是一种编程范式。我们能够以此创建仅依赖输入就可以完成自身逻辑的函数。这保证了当函数被多次调用时仍然返回相同的结果(引用透明性)。函数不会改变任何外部环境的变量,这将产生可缓存的,可测试的代码库。
函数式编程具有以下特征
1、引用透明性
所有的函数对于相同的输入都将返回相同的值,函数的这一属性被称为 引用透明性(Referential Transparency)
// 引用透明的例子,函数identity无论输入什么,都会原封不动的返回 var identity = (i) => {return i}
替换模型
把一个引用透明的函数用于其他函数调用之间。
sum(4,5) + identity(1)
根据引用透明的定义,我们可以把上面的语句换成:
sum(4,5) + 1
该过程被称为替换模型(Substitution Model),因为函数的逻辑不依赖其他全局变量,你可以直接替换函数的结果,这与它的值是一样的。所以,这使得 并发代码 和 缓存 成为可能。
并发代码:并发运行的时候,如果依赖了全局数据,要保证数据一致,必须同步,而且必要时需要锁机制。遵循引用透明的函数只依赖参数的输入,所以可以自由的运行。
缓存:由于函数会为给定的输入返回相同的值,实际上我们就能缓存它了。比如实现一个计算给定数值的阶乘的函数,我们就可以把每次阶乘的结果缓存下来,下一次直接用,就不用计算了。比如第一次输入5,结果是120,第二次输入5,我们知道结果必然是120,所以就可以返回已缓存的值,而不必再计算一次。
2、声明式和抽象
函数式编程主张声明式编程和编写抽象的代码。
比较命令式和声明式
// 有一个数组,要遍历它并把它打印到控制台 /*命令式*/ var array = [1,2,3] for(var i = 0; i < array.length; i++) console(array[i]) // 打印 1,2,3 // 命令式编程中,我们精确的告诉程序应该“如何”做:获取数组的长度,通过数组的长度循环数组,在每一次循环中用索引获取每一个数组元素,然后打印出来。 // 但是我们的任务只是打印出数组的元素。并不是要告诉编译器要如何实现一个遍历。 /*声明式*/ var array = [1,2,3] array.forEach((element) => console.log(element)) // 打印 1,2,3 // 我们使用了一个处理“如何”做的抽象函数,然后我们就能只关心做“什么”了
函数式编程主张以抽象的方式创建函数,例如上文的forEach,这些函数能够在代码的其他部分被重用。
3、纯函数
大多数函数式编程的好处来自于编写纯函数, 纯函数 是对给定的输入返回相同的输出的函数,并且纯函数不应依赖任何外部变量,也不应改变任何外部变量。
纯函数的好处
- 纯函数产生容易测试的代码
- 纯函数容易写出合理的代码
- 纯函数容易写出并发代码
纯函数总是允许我们并发的执行代码。因为纯函数不会改变它的环境,这意味着我们根本不需要担心同步问题。
- 纯函数的输出结果可缓存
既然纯函数总是为给定的输入返回相同的输出,那么我们就能够缓存函数的输出。
高阶函数
数据和数据类型
程序作用于数据,数据对于程序的执行很重要。每种编程语言都有数据类型。这些数据类型能够存储数据并允许程序作用其中。
JavaScript中函数是一等公民(First Class Citizens)
当一门语言允许函数作为任何其他数据类型使用时,函数被称为一等公民。也就是说函数可被赋值给变量,作为参数传递,也可被其他函数返回。
函数作为JavaScript的一种数据类型,由于函数是类似String的数据类型,所以我们能把函数存入一个变量,能够作为函数的参数进行传递。所以JavaScript中函数是一等公民。
高阶函数的定义
接受另一个函数作为其参数的函数称为高阶函数(Higher-Order-Function),或者说高阶函数是接受函数作为参数并且/或者返回函数作为输出的函数。
抽象和高阶函数
一般而言,高阶函数通常用于抽象通用的问题,换句话说,高阶函数就是定义抽象。
抽象: 在软件工程和计算机科学中,抽象是一种管理计算机系统复杂性的技术。 通过建立一个人与系统进行交互的复杂程度,把更复杂的细节抑制在当前水平之下。简言之,抽象让我们专注于预定的目标而无须关心底层的系统概念。
例如:你在编写一个涉及数值操作的代码,你不会对底层硬件的数字表现方式到底是16位还是32位整数有很深的了解,包括这些细节在哪里屏蔽。因为它们被抽象出来了,只留下了简单的数字给我们使用。
// 用forEach抽象出遍历数组的操作 const forEach = (array,fn) => { let i; for(i=0;i<array.length;i++) { fn(array[i]) } } // 用户不需要理解forEach是如何实现遍历的,如此问题就被抽象出来了。 //例如,想要打印出数组的每一项 let array = [1,2,3] forEach(array,(data) => console.log(data))
闭包和高阶函数
什么是闭包?简言之, 闭包就是一个内部函数。 什么是内部函数?就是在另一个函数内部的函数。
闭包的强大之处在于它对作用域链(或作用域层级)的访问。从技术上讲,闭包有3个可访问的作用域。
(1) 在它自身声明之内声明的变量
(2) 对全局变量的访问
(3) 对外部函数变量的访问(关键点)
实例一:假设你再遍历一个来自服务器的数组,并发现数据错了。你想调试一下,看看数组里面究竟包含了什么。不要用命令式的方法,要用函数式的方法来实现。这里就需要一个 tap 函数。
const tap = (value) => { return (fn) => { typeof fn === 'function' && fn(value) console.log(value) } } // 没有调试之前 forEach(array, data => { console.log(data + data) }) // 在 forEach 中使用 tap 调试 forEach(array, data => { tap(data)(() => { console.log(data + data) }) })
完成一个简单的reduce函数
const reduce = (array,fn,initialValue) => { let accumulator; if(initialValue != undefined) accumulator = initialValue else accumulator = array[0] if(initialValue === undefined) for(let i = 1; i < array.length; i++) accumulator = fn(accumulator, array[i]) else for(let value of array) accumulator = fn(accumulator,value) return accumulator } console.log(reduce([1,2,3], (accumulator,value) => accumulator + value)) // 打印出6
柯里化与偏应用
一些概念
一元函数
只接受一个参数的函数称为一元(unary)函数。
二元函数
只接受两个参数的函数称为二元(binary)函数。
变参函数
变参函数是接受可变数量的函数。
柯里化
柯里化是把一个多参数函数转换为一个嵌套的一元函数的过程。
例如
// 一个多参数函数 const add = (x,y) => x + y; add(2,3) // 一个嵌套的一元函数 const addCurried = x => y => x + y; addCurried(2)(3) // 然后我们写一个高阶函数,把 add 转换成 addCurried 的形式。 const curry = (binaryFn) => { return function (firstArg) { return function (secondArg) { return binaryFn(firstArg,secondArg) } } } let autoCurriedAdd = carry(add) autoCurriedAdd(2)(3)
上面只是简单实现了一个二元函数的柯里化,下面我们要实现一个更多参数的函数的柯里化。
const curry = (fn) => { if (typeof fn !== 'function') { throw Error('No function provided') } return function curriedFn (...args) { // 判断当前接受的参数是不是小于进行柯里化的函数的参数个数 if(args.length < fn.length) { // 如果小于的话就返回一个函数再去接收剩下的参数 return function (...argsOther) { return curriedFn.apply(null, args.concat(argsOther)) } }else { return fn.apply(null,args) } } } const multiply = (x,y,z) => x * y * z; console.log(curry(multiply)(2)(3)(4))
柯里化的应用实例:从数组中找出含有数字的元素
let match = curry(function (expr,str) { return str.match(expr) }) let hasNumber = match(/[0-9]+/) let initFilter = curry(function (fn,array) { return array.filter(fn) }) let findNumberInArray = initFilter(hasNumber) console.log(findNumberInArray(['aaa', 'bb2', '33c', 'ddd', ])) // 打印 [ 'bb2', '33c' ]
偏应用
我们上面设计的柯里化函数总是在最后接受一个数组,这使得它能接受的参数列表只能是从最左到最右。
但是有时候,我们不能按照从左到右的这样严格传入参数,或者只是想部分地应用函数参数。这里我们就需要用到偏应用这个概念,它允许开发者部分地应用函数参数。
const partial = function (fn, ...partialArgs) { return function (...fullArguments) { let args = partialArgs let arg = 0; for(let i = 0; i < args.length && arg < fullArguments.length; i++) { if(args[i] === undefined) { args[i] = fullArguments[arg++] } } return fn.apply(null,args) } }
偏应用的示例:
// 打印某个格式化的JSON let prettyPrintJson = partial(JSON.stringify,undefined,null,2) console.log(prettyPrintJson({name:'fangxu',gender:'male'})) // 打印出 { "name": "fangxu", "gender": "male" }
组合与管道
Unix的理念
- 每个程序只做好一件事情,为了完成一项新的任务,重新构建要好于在复杂的旧程序中添加新“属性”。
- 每个程序的输出应该是另一个尚未可知的程序的输入。
- 每一个基础函数都需要接受一个参数并返回数据。
组合(compose)
const compose = (...fns) => { return (value) => reduce(fns.reverse(),(acc,fn) => fn(acc), value) }
compose 组合的函数,是按照传入的顺序从右到左调用的。所以传入的 fns 要先 reverse 一下,然后我们用到了reduce ,reduce 的累加器初始值是 value ,然后会调用 (acc,fn) => fn(acc)
, 依次从 fns 数组中取出 fn ,将累加器的当前值传入 fn ,即把上一个函数的返回值传递到下一个函数的参数中。
组合的实例:
let splitIntoSpace = (str) => str.split(' ') let count = (array) => array.length const countWords = composeN(count, splitIntoSpace) console.log(countWords('make smaller or less in amount')) // 打印 6
管道/序列
compose 函数的数据流是从右往左的,最右侧的先执行。当然,我们还可以让最左侧的函数先执行,最右侧的函数最后执行。这种从左至右处理数据流的过程称为管道(pipeline)或序列(sequence)。
// 跟compose的区别,只是没有调用fns.reverse() const pipe = (...fns) => (value) => reduce(fns,(acc,fn) => fn(acc),value)
函子
什么是函子(Functor)?
定义:函子是一个普通对象(在其它语言中,可能是一个类),它实现了map函数,在遍历每个对象值的时候生成一个新对象。
实现一个函子
1、简言之,函子是一个持有值的容器。而且函子是一个普通对象。我们就可以创建一个容器(也就是对象),让它能够持有任何传给它的值。
const Container = function (value) { this.value = value } let testValue = new Container(1) // => Container {value:1}
我们给 Container 增加一个静态方法,它可以为我们在创建新的 Containers 时省略 new 关键字。
Container.of = function (value) { return new Container(value) } // 现在我们就可以这样来创建 Container.of(1) // => Container {value:1}
2、函子需要实现 map 方法,具体的实现是,map 函数从 Container 中取出值,传入的函数把取出的值作为参数调用,并将结果放回 Container。
为什么需要 map 函数,我们上面实现的 Container 仅仅是持有了传给它的值。但是持有值的行为几乎没有任何应用场景,而 map 函数发挥的作用就是,允许我们使用当前 Container 持有的值调用任何函数。
Container.prototype.map = function (fn) { return Container.of(fn(this.value)) } // 然后我们实现一个数字的 double 操作 let double = (x) => x + x; Container.of(3).map(double) // => Container {value: 6}
3、map返回了一传入函数的执行结果为值的 Container 实例,所以我们可以链式操作。
Container.of(3).map(double).map(double).map(double) // => Container {value: 24}
通过以上的实现,我们可以发现,函子就是一个实现了map契约的对象。函子是一个寻求契约的概念,该契约很简单,就是实现 map 。根据实现 map 函数的方式不同,会产生不同类型的函子,如 MayBe 、 Either
函子可以用来做什么?之前我们用tap函数来函数式的解决代码报错的调试问题,如何更加函数式的处理代码中的问题,那就需要用到下面我们说的MayBe函子
MayBe 函子
让我们先写一个upperCase函数来假设一种场景
let value = 'string'; function upperCase(value) { // 为了避免报错,我们得写这么一个判断 if(value != null || value != undefined) return value.toUpperCase() } upperCase(value) // => STRING
如上面所示,我们代码中经常需要判断一些 null
和 undefined
的情况。下面我们来看一下MayBe函子的实现。
// MayBe 跟上面的 Container 很相似 export const MayBe = function (value) { this.value = value } MayBe.of = function (value) { return new MayBe(value) } // 多了一个isNothing MayBe.prototype.isNoting = function () { return this.value === null || this.value === undefined; } // 函子必定有 map,但是 map 的实现方式可能不同 MayBe.prototype.map = function(fn) { return this.isNoting()?MayBe.of(null):MayBe.of(fn(this.value)) } // MayBe应用 let value = 'string'; MayBe.of(value).map(upperCase) // => MayBe { value: 'STRING' } let nullValue = null MayBe.of(nullValue).map(upperCase) // 不会报错 MayBe { value: null }
Either 函子
MayBe.of("tony") .map(() => undefined) .map((x)f => "Mr. " + x)
上面的代码结果是 MyaBe {value: null}
,这只是一个简单的例子,我们可以想一下,如果代码比较复杂,我们是不知道到底是哪一个分支在检查 undefined 和 null 值时执行失败了。这时候我们就需要 Either 函子了,它能解决分支拓展问题。
const Nothing = function (value) { this.value = value; } Nothing.of = function (value) { return new Nothing(value) } Nothing.prototype.map = function (fn) { return this; } const Some = function (value) { this.value = value; } Some.of = function (value) { return new Some(value) } Some.prototype.map = function (fn) { return Some.of(fn(this.value)); } const Either = { Some, Nothing }
Pointed 函子
函子只是一个实现了 map 契约的接口。Pointed 函子也是一个函子的子集,它具有实现了 of 契约的接口。 我们在 MayBe 和 Either 中也实现了 of 方法,用来在创建 Container 时不使用 new 关键字。所以 MayBe 和 Either 都可称为 Pointed 函子。
ES6 增加了 Array.of, 这使得数组成为了一个 Pointed 函子。
Monad 函子
MayBe 函子很可能会出现嵌套,如果出现嵌套后,我们想要继续操作真正的value是有困难的。必须深入到 MayBe 内部进行操作。
let joinExample = MayBe.of(MayBe.of(5)); // => MayBe { value: MayBe { value: 5 } } // 这个时候我们想让5加上4,需要深入 MayBe 函子内部 joinExample.map((insideMayBe) => { return insideMayBe.map((value) => value + 4) }) // => MayBe { value: MayBe { value: 9 } }
我们这时就可以实现一个 join 方法来解决这个问题。
// 如果通过 isNothing 的检查,就返回自身的 value MayBe.prototype.join = function () { return this.isNoting()? MayBe.of(null) : this.value }
let joinExample2 = MayBe.of(MayBe.of(5)); // => MayBe { value: MayBe { value: 5 } } // 这个时候我们想让5加上4就很简单了。 joinExample2.join().map((value) => value + 4) // => MayBe { value: 9 }
再延伸一下,我们扩展一个 chain 方法。
MayBe.prototype.chain = function (fn) { return this.map(fn).join() }
调用 chain 后就能把嵌套的 MayBe 展开了。
let joinExample3 = MayBe.of(MayBe.of(5)); // => MayBe { value: MayBe { value: 5 } } joinExample3.chain((insideMayBe) => { return insideMayBe.map((value) => value + 4) }) // => MayBe { value: 9 }
Monad其实就是一个含有 chain 方法的函子。只有of 和 map 的 MayBe 是一个函子,含有 chain 的函子是一个 Monad。
总结
JavaScript是函数式编程语言吗?
函数式编程主张函数必须接受至少一个参数并返回一个值,但是JavaScript允许我们创建一个不接受参数并且实际上什么也不返回的函数。所以JavaScript不是一种纯函数语言,更像是一种多范式的语言,不过它非常适合函数式编程范式。
补充
1、纯函数是数学函数
function generateGetNumber() { let numberKeeper = {} return function (number) { return numberKeeper.hasOwnProperty(number) ? number : numberKeeper[number] = number + number } } const getNumber = generateGetNumber() getNumber(1) getNumber(2) …… getNumber(9) getNumber(10) // 此时numberKeeper为: { 1: 2 2: 4 3: 6 4: 8 5: 10 6: 12 7: 14 8: 16 9: 18 10: 20 }
现在我们规定,getNumber只接受1-10范围的参数,那么返回值肯定是 numberKeeper 中的某一个 value 。据此我们分析一下 getNumber ,该函数接受一个输入并为给定的范围(此处范围是10)映射输出。输入具有强制的、相应的输出,并且也不存在映射两个输出的输入。
下面我来再看一下数学函数的定义(维基百科)
在数学中,函数是一种输入集合和可允许的输出集合之间的关系,具有如下属性:每个输入都精确地关联一个输出。函数的输入称为参数,输出称为值。对于一个给定的函数,所有被允许的输入集合称为该函数的定义域,而被允许的输出集合称为值域。
根据我们对于 getNumber 的分析,对照数学函数的定义,会发现完全一致。我们上面的getNumber函数的定义域是1-10,值域是2,4,6,……18,20
2、实例
文中所有的概念对应的实例可以在 https://github.com/qiqihaobenben/learning-functional 获取,可以打开对应的注释来实际执行一下。
3、荐书
《JavaScript ES6 函数式编程入门经典》 ,强烈建议想入门函数式编程的同学看一下,书有点老,可以略过 工具 介绍之类的,关键看其内在的思想,最重要的是,这本书很薄,差不多跟一本漫画书类似。
以上就是本文的全部内容,希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助,也希望大家多多支持 码农网
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游戏化思维
[美] 凯文·韦巴赫(Kevin Werbach)、[美] 丹·亨特(Dan Hunter) / 周逵、王晓丹 / 浙江人民出版社 / 2014-4 / 36.90
[内容简介] ●本书由开设了全世界第一个游戏化课程的沃顿商学院副教授凯文·韦巴赫和丹·亨特所著,第一次全面系统地介绍游戏化的理论,阐述了如何将游戏的理念应用到商业实践中。 ●作者指出,在商业竞争日益激烈的今天,传统的激励方式渐渐失效,未来的管理将更多地建立在员工和消费者的内在动机和自我激励上。这些制作精良、设计巧妙的游戏建立在多年来对人类动机和人类心理的研究基础之上,可以最大限度地激发......一起来看看 《游戏化思维》 这本书的介绍吧!