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编程问答

合理的使用纯函数式编程

發(fā)布時(shí)間：2025/3/19 编程问答 23 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了合理的使用纯函数式编程小編覺得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.

本文是篇譯文，原文鏈接An Introduction to Reasonably Pure Functional Programming,不當(dāng)之處還請(qǐng)指正。

一個(gè)好的程序員應(yīng)該有能力掌控你寫的代碼，能夠以最簡(jiǎn)單的方法使你的代碼正確并且可讀。作為一名優(yōu)秀的程序員，你會(huì)編寫盡量短小的函數(shù)，使代碼更好的被復(fù)用；你會(huì)編寫測(cè)試代碼，使自己有足夠的信心相信代碼會(huì)按原本的意圖正確運(yùn)行。沒有人喜歡解bug，所以一名優(yōu)秀的程序員也要會(huì)避免一些錯(cuò)誤，這些要靠經(jīng)驗(yàn)獲得，也可以遵循一些最佳實(shí)踐，比如Douglas Crockford 最著名的JavaScript:The good parts

函數(shù)式編程能夠降低程序的復(fù)雜程度：函數(shù)看起來就像是一個(gè)數(shù)學(xué)公式。學(xué)習(xí)函數(shù)編程能夠幫助你編寫簡(jiǎn)單并且更少bug的代碼。

純函數(shù)

純函數(shù)可以理解為一種相同的輸入必定有相同的輸出的函數(shù)，沒有任何可以觀察到副作用

//pure function add(a + b) {return a + b; }

上面是一個(gè)純函數(shù)，它不依賴也不改變?nèi)魏魏瘮?shù)以外的變量狀態(tài)，對(duì)于相同的輸入總能返回相同的輸出。

//impure var minimum = 21; var checkAge = function(age) {return age >= minimum; // 如果minimum改變，函數(shù)結(jié)果也會(huì)改變 }

這個(gè)函數(shù)不是純函數(shù)，因?yàn)樗蕾囃獠靠勺兊臓顟B(tài)

如果我們將變量移到函數(shù)內(nèi)部，那么它就變成了純函數(shù)，這樣我們就能夠保證函數(shù)每次都能正確的比較年齡。

var checkAge = function(age) {var minimum = 21;return age >= minimum; };

純函數(shù)沒有副作用，一些你要記住的是，它不會(huì)：

訪問函數(shù)以外的系統(tǒng)狀態(tài)
修改以參數(shù)形式傳遞過來的對(duì)象
發(fā)起http請(qǐng)求
保留用戶輸入
查詢DOM

控制增變（controlled mutation）

你需要留意一些會(huì)改變數(shù)組和對(duì)象的增變方法，舉例來說你要知道splice和slice之間的差異。

//impure, splice 改變了原數(shù)組 var firstThree = function(arr) {return arr.splice(0,3); }//pure, slice 返回了一個(gè)新數(shù)組 var firstThree = function(arr) {return arr.slice(0,3); }

如果我們避免使用傳入函數(shù)的對(duì)象的增變方法，我們的程序?qū)⒏菀桌斫?#xff0c;我們也有理由期望我們的函數(shù)不會(huì)改變?nèi)魏魏瘮?shù)之外的東西。

let items = ['a', 'b', 'c']; let newItems = pure(items); //對(duì)于純函數(shù)items始終應(yīng)該是['a', 'b', 'c']

純函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)

相比于不純的函數(shù)，純函數(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：

更加容易被測(cè)試，因?yàn)樗鼈兾ㄒ坏穆氊?zé)就是根據(jù)輸入計(jì)算輸出
結(jié)果可以被緩存，因?yàn)橄嗤妮斎肟倳?huì)獲得相同的輸出
自我文檔化，因?yàn)楹瘮?shù)的依賴關(guān)系很清晰
更容易被調(diào)用，因?yàn)槟悴挥脫?dān)心函數(shù)會(huì)有什么副作用

因?yàn)榧兒瘮?shù)的結(jié)果可以被緩存，我們可以記住他們,這樣以來復(fù)雜昂貴的操作只需要在被調(diào)用時(shí)執(zhí)行一次。例如，緩存一個(gè)大的查詢索引的結(jié)果可以極大的改善程序的性能。

不合理的純函數(shù)編程

使用純函數(shù)能夠極大的降低程序的復(fù)雜度。但是，如果我們使用過多的函數(shù)式編程的抽象概念，我們的函數(shù)式編程也會(huì)非常難以理解。

import _ from 'ramda'; import $ from 'jquery';var Impure = {getJSON: _.curry(function(callback, url) {$.getJSON(url, callback);}),setHtml: _.curry(function(sel, html) {$(sel).html(html);}) };var img = function (url) {return $('<img />', { src: url }); };var url = function (t) {return 'http://api.flickr.com/services/feeds/photos_public.gne?tags=' +t + '&format=json&jsoncallback=?'; };var mediaUrl = _.compose(_.prop('m'), _.prop('media')); var mediaToImg = _.compose(img, mediaUrl); var images = _.compose(_.map(mediaToImg), _.prop('items')); var renderImages = _.compose(Impure.setHtml("body"), images); var app = _.compose(Impure.getJSON(renderImages), url); app("cats");

花一分鐘理解上面的代碼。

除非你接觸過函數(shù)式編程的這些概念（柯里化，組合和prop），否則很難理解上述代碼。相比于純函數(shù)式的方法，下面的代碼則更加容易理解和修改，它更加清晰的描述程序并且更少的代碼。

app函數(shù)的參數(shù)是一個(gè)標(biāo)簽字符串
從Flickr獲取JSON數(shù)據(jù)
從返回的數(shù)據(jù)里抽出urls
創(chuàng)建<img>節(jié)點(diǎn)數(shù)組
將他們插入文檔

或者可以使用fetch和Promise來更好的進(jìn)行異步操作。

let flickr = (tags)=> {let url = `http://api.flickr.com/services/feeds/photos_public.gne?tags=${tags}&format=json&jsoncallback=?`return fetch(url).then((resp)=> resp.json()).then((data)=> {let urls = data.items.map((item)=> item.media.m )let images = urls.map((url)=> $('<img />', { src: url }) )return images}) } flickr("cats").then((images)=> {$(document.body).html(images) })

Ajax請(qǐng)求和DOM操作都不是純的，但是我們可以將余下的操作組成純函數(shù)，將返回的JSON數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖片節(jié)點(diǎn)數(shù)組。

let responseToImages = (resp) => {let urls = resp.items.map((item) => item.media.m)let images = urls.map((url) => $('<img />', {src:url}))return images }

我們的函數(shù)做了2件事情：

將返回的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成urls
將urls轉(zhuǎn)換成圖片節(jié)點(diǎn)

函數(shù)式的方法是將上述2個(gè)任務(wù)拆開，然后使用compose將一個(gè)函數(shù)的結(jié)果作為參數(shù)傳給另一個(gè)參數(shù)。

let urls = (data) => {return data.items.map((item) => item.media.m) } let images = (urls) => {return urls.map((url) => $('<img />', {src: url})) } let responseToImages = _.compose(images, urls)

compose 返回一系列函數(shù)的組合，每個(gè)函數(shù)都會(huì)將后一個(gè)函數(shù)的結(jié)果作為自己的入?yún)?/p>

這里compose做的事情，就是將urls的結(jié)果傳入images函數(shù)

let responseToImages = (data) => {return images(urls(data)) }

通過將代碼變成純函數(shù)，讓我們?cè)谝院笥袡C(jī)會(huì)復(fù)用他們，他們更加容易被測(cè)試和自文檔化。不好的是當(dāng)我們過度的使用這些函數(shù)抽象（像第一個(gè)例子那樣），就會(huì)使事情變得復(fù)雜，這不是我們想要的。當(dāng)我們重構(gòu)代碼的時(shí)候最重要的是要問一下自己：

這是否讓代碼更加容易閱讀和理解？

基本功能函數(shù)

我并不是要詆毀函數(shù)式編程。每個(gè)程序員都應(yīng)該齊心協(xié)力去學(xué)習(xí)基礎(chǔ)函數(shù)，這些函數(shù)讓你在編程過程中使用一些抽象出的一般模式，寫出更加簡(jiǎn)潔明了的代碼，或者像Marijn Haverbeke說的

一個(gè)程序員能夠用常規(guī)的基礎(chǔ)函數(shù)武裝自己，更重要的是知道如何使用它們，要比那些苦思冥想的人高效的多。-- Eloquent JavaScript, Marijn Haverbeke

這里列出了一些JavaScript開發(fā)者應(yīng)該掌握的基礎(chǔ)函數(shù)
Arrays
-forEach
-map
-filter
-reduce

Functions
-debounce
-compose
-partial
-curry

Less is More

讓我們來通過實(shí)踐看一下函數(shù)式編程能如何改善下面的代碼

let items = ['a', 'b', 'c']; let upperCaseItems = () => {let arr = [];for (let i=0, ii= items.length; i<ii; i++) {let item = items[i];arr.push(item.toUpperCase());}items = arr; }

共享狀態(tài)來簡(jiǎn)化函數(shù)

這看起來很明顯且微不足道，但是我還是讓函數(shù)訪問和修改了外部的狀態(tài)，這讓函數(shù)難以測(cè)試且容易出錯(cuò)。

//pure let upperCaseItems = (items) => {let arr = [];for (let i =0, ii= items.length; i< ii; i++) {let item = items[i];arr.push(item.toUpperCase());}return arr; }

使用更加可讀的語言抽象forEach來迭代

let upperCaseItems = (items) => {let arr = [];items.forEach((item) => {arr.push(item.toUpperCase());})return arr; }

使用map進(jìn)一步簡(jiǎn)化代碼

let upperCaseItems = (items) => {return items.map((item) => item.toUpperCase()) }

進(jìn)一步簡(jiǎn)化代碼

let upperCase = (item) => item.toUpperCase() let upperCaseItems = (item) => items.map(upperCase)

刪除代碼直到它不能工作

我們不需要為這種簡(jiǎn)單的任務(wù)編寫函數(shù)，語言本身就提供了足夠的抽象來完成功能

let items = ['a', 'b', 'c'] let upperCaseItems = item.map((item) => item.toUpperCase())

測(cè)試

純函數(shù)的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是易于測(cè)試，所以在這一節(jié)我會(huì)為我們之前的Flicker模塊編寫測(cè)試。

我們會(huì)使用Mocha來運(yùn)行測(cè)試，使用Babel來編譯ES6代碼。

mkdir test-harness cd test-harness npm init -y npm install mocha babel-register babel-preset-es2015 --save-dev echo '{ "presets": ["es2015"] }' > .babelrc mkdir test touch test/example.js

Mocha提供了一些好用的函數(shù)如describe和it來拆分測(cè)試和鉤子(例如before和after這種用來組裝和拆分任務(wù)的鉤子)。assert是用來進(jìn)行相等測(cè)試的斷言庫(kù)，assert和assert.deepEqual是很有用且值得注意的函數(shù)。

讓我們來編寫第一個(gè)測(cè)試test/example.js

import assert from 'assert';describe('Math', () => {describe('.floor', () => {it('rounds down to the nearest whole number', () => {let value = Math.floor(4.24)assert(value === 4)})}) })

打開package.json文件，將"test"腳本修改如下

mocha --compilers js:babel-register --recursive

然后你就可以在命令行運(yùn)行npm test

Math.floor? rounds down to the nearest whole number 1 passing (32ms)

Note:如果你想讓mocha監(jiān)視改變，并且自動(dòng)運(yùn)行測(cè)試，可以在上述命令后面加上-w選項(xiàng)。

mocha --compilers js:babel-register --recursive -w

測(cè)試我們的Flicker模塊

我們的模塊文件是lib/flickr.js

import $ from 'jquery'; import { compose } from 'underscore';let urls = (data) => {return data.items.map((item) => item.media.m) }let images = (urls) => {return urls.map((url) => $('<img />', {src: url})[0] ) }let responseToImages = compose(images, urls)let flickr = (tags) => {let url = `http://api.flickr.com/services/feeds/photos_public.gne?tags=${tags}&format=json&jsoncallback=?`return fetch(url).then((response) => reponse.json()).then(responseToImages) }export default {_responseToImages: responseToImages,flickr: flickr }

我們的模塊暴露了2個(gè)方法：一個(gè)公有flickr和一個(gè)私有函數(shù)_responseToImages,這樣就可以獨(dú)立的測(cè)試他們。

我們使用了一組依賴：jquery,underscore和polyfill函數(shù)fetch和Promise。為了測(cè)試他們，我們使用jsdom來模擬DOM對(duì)象window和document，使用sinon包來測(cè)試fetch api。

npm install jquery underscore whatwg-fetch es6-promise jsdom sinon --save-dev touch test/_setup.js

打開test/_setup.js，使用全局對(duì)象來配置jsdom

global.document = require('jsdom').jsdom('<html></html>'); global.window = document.defaultView; global.$ = require('jquery')(window); global.fetch = require('whatwg-fetch').fetch;

我們的測(cè)試代碼在test/flickr.js，我們將為函數(shù)的輸出設(shè)置斷言。我們"stub"或者覆蓋全局的fetch方法，來阻斷和模擬HTTP請(qǐng)求，這樣我們就可以在不直接訪問Flickr api的情況下運(yùn)行我們的測(cè)試。

import assert from 'assert'; import Flickr from '../lib/flickr'; import sinon from 'sinon'; import { Promise } from 'es6-promise'; import { Response } from 'whatwg-fetch';let sampleResponse = {items: [{media: { m: 'lolcat.jpg' }}, {media: {m: 'dancing_pug.gif'}}] }//實(shí)際項(xiàng)目中我們會(huì)將這個(gè)test helper移到一個(gè)模塊里 let jsonResponse = (obj) => {let json = JSON.stringify(obj);var response = new Response(json, {status: 200,headers: {'Content-type': 'application/json'}});return Promise.resolve(response); }describe('Flickr', () => {describe('._responseToImages', () => {it("maps response JSON to a NodeList of <img>", () => {let images = Flickr._responseToImages(sampleResponse);assert(images.length === 2);assert(images[0].nodeName === 'IMG');assert(images[0].src === 'lolcat.jpg');})})describe('.flickr', () => {//截?cái)鄁etch 請(qǐng)求，返回一個(gè)Promise對(duì)象before(() => {sinon.stub(global, 'fetch', (url) => {return jsonResponse(sampleResponse)})})after(() => {global.fetch.restore();})it("returns a Promise that resolve with a NodeList of <img>", (done) => {Flickr.flickr('cats').then((images) => {assert(images.length === 2);assert(images[1].nodeName === 'IMG');assert(images[1].src === 'dancing_pug.gif');done();})})}) })

運(yùn)行npm test，會(huì)得到如下結(jié)果：

Math.floor? rounds down to the nearest whole numberFlickr._responseToImages? maps response JSON to a NodeList of <img>.flickr? returns a Promise that resolves with a NodeList of <img>3 passing (67ms)

到這里，我們已經(jīng)成功的測(cè)試了我們的模塊以及組成它的函數(shù)，學(xué)習(xí)到了純函數(shù)以及如何使用函數(shù)組合。我們知道了純函數(shù)與不純函數(shù)的區(qū)別，知道純函數(shù)更可讀，由小函數(shù)組成，更容易測(cè)試。相比于不太合理的純函數(shù)式編程，我們的代碼更加可讀、理解和修改，這也是我們重構(gòu)代碼的目的。

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