最近和一些同學討論了函數式編程，很多同學總覺得聽起來很高大上，但用起來卻無從下手。于是我抽時間捋了捋，將平時工作中用到的函數式編程案例和思想整理了出來，相信閱讀本文后，大家都能快速上手函數式編程。

函數式編程目前使用范圍非常廣，常用的框架，語言幾乎都能看到它的身影。

• 前端框架：react、vue 的 hooks 用法。
• 打包工具：webpack 的 webpack-chain 用法。
• 工具庫：underscore、lodash、ramda。
• 部署方式：serverless。
• 后端：java、c# 中的 lamda 表達式。

本文將通過以下 3 個部分來深入函數式編程。

• 編程范式
• 函數式編程
• 函數式編程常見案例

編程范式

編程范式 指的是一種編程風格，它描述了程序員對程序執行的看法。在編程的世界中，同一個問題，可以站在多個角度去分析解決，這些不同的解決方案就對應了不同的編程風格。

常見的編程范式有：

• 命令式編程
  • 面向過程編程
    • C
  • 面向對象編程
    • C++、C#、Java
• 聲明式編程
  • 函數式編程
    • Haskell

命令式編程

命令式編程 是使用最廣的一種編程風格，它是站在計算機的角度去思考問題，主要思想是 關注計算機執行的步驟，即一步一步告訴計算機先做什么再做什么。

由于存在很多需要控制的步驟，所以命令式編程普遍存在以下特點：

• 控制語句
  • 循環語句：while、for
  • 條件分支語句：if else、switch
  • 無條件分支語句：return、break、continue
• 變量
  • 賦值語句

根據這些特點，我們來分析一個命令式編程案例：

//?需求：篩選出數組中為奇數的子集合

const?array?=?[1,?2,?3,?4,?5,?6,?7,?8,?9];
//?步驟1：定義執行結果變量
let?reult?=?[];
//?步驟2：控制程序循環調用
for?(let?i?=?0;?i???//?步驟3：判斷篩選條件
??if?(array[i]?%?2?!==?0)?{
????//?步驟4：加入執行結果
????reult.push(array[i]);
??}
}
//?步驟5：得到最終的結果 result

以上代碼通過 5 個步驟，實現了數組的篩選，這并沒有什么問題，但細心的同學可能會感到疑惑：這樣寫的代碼量太長了，而且并不語義化，只有閱讀完每一行的代碼，才知道具體執行的是什么邏輯。

沒錯，這就是命令式編程的典型特點，除此之外，還有以下幾點：

• 命令式編程的每一個步驟都可以由程序員定義，這樣可以更精細化、更嚴謹地控制代碼，從而提高程序的性能。
• 命令式編程的每一個步驟都可以記錄中間結果，方便調試代碼。
• 命令式編程需要大量的流程控制語句，在處理多線程狀態同步問題時，容易造成邏輯混亂，通常需要加鎖來解決。

聲明式編程

聲明式編程 同樣是一種編程風格，它通過定義具體的規則，以便系統底層可以自動實現具體功能。主要思想是 告訴計算機應該做什么，但不指定具體要怎么做。

由于需要定義規則來表達含義，所以聲明式編程普遍存在以下特點：

• 代碼更加語義化，便于理解。
• 代碼量更少。
• 不需要流程控制代碼，如：for、while、if 等。

接下來，我們將上文中的數組篩選，用聲明式的方式重構一下：

//?篩選出數組中為奇數的子集合
const?array?=?[1,?2,?3,?4,?5,?6,?7,?8,?9];
const?reult?=?array.filter((item)?=>?item?%?2?!==?0);

可以看到，聲明式編程沒有冗余的操作步驟，代碼量非常少，并且非常語義化，當我們讀到 filter 的時候，自然而然就知道是在做篩選。

我們再看一個案例：

#?使用?sql?語句，查詢?id?為?25?的學生
select?*?from?students?where?id=25

在上述代碼中，我們只是告訴計算機，我想查找 id 為 25 的同學，計算機就能給我們返回對應的數據了，至于是怎么查找出來的，我們并不需要關心，只要結果是正確的即可。

除了上述例子之外，還有很多聲明式編程的案例：

• html 用來聲明了網頁的內容。
• css 用來聲明網頁中元素的外觀。
• 正則表達式，聲明匹配的規則。

有了以上幾個案例，我們來總結一下聲明式編程的優缺點：

• 聲明式編程不需要編寫復雜的操作步驟，可以大大減少開發者的工作量。
• 聲明式編程的具體操作都是底層統一管理，可以降低重復工作。
• 聲明式編程底層實現的邏輯并不可控，不適合做更精細化的優化。

函數式編程

函數式編程 屬于聲明式編程中的一種，它的主要思想是 將計算機運算看作為函數的計算，也就是把程序問題抽象成數學問題去解決。

函數式編程中，我們可以充分利用數學公式來解決問題。也就是說，任何問題都可以通過函數(加減乘除)和數學定律(交換律、結合律等)，一步一步計算，最終得到答案。

函數式編程中，所有的變量都是唯一的值，就像是數學中的代數 x、y，它們要么還未解出來，要么已經被解出為固定值，所以對于：x=x+1 這樣的自增是不合法的，因為修改了代數值，不符合數學邏輯。

除此之外，嚴格意義上的函數式編程也不包括循環、條件判斷等控制語句，如果需要條件判斷，可以使用三元運算符代替。

文章開頭我們提到了 webpack-chain，我們一起來看一下：

//?使用 webpack-chain 來編寫 webpack 配置。
const?Config?=?require('webpack-chain');
const?config?=?new?Config();
config.
????.entry('index')
????????.add('src/index.js')
????????.end()
????.output
?????????.path('dist')
?????????filename('my-first-webpack.bundle.js');
config.module
????.rule('compile')
????????.test(/\.js$/)
????????.use('babel')
????????.loader('babel-loader')
module.exports?=?config;

可以看到，webpack-chain 可以通過鏈式的函數 api 來創建和修改 webpack 配置，從而更方便地創建和修改 webpack 配置。試想一下，如果一份 webpack 配置需要用于多個項目，但每個項目又有一些細微的不同配置，這個應該怎么處理呢？

如果使用 webpack-chain 去修改配置，一個函數 api 就搞定了，而使用命令式的編程，則需要去逐步遍歷整個 webpack 配置文件，找出需要修改的點，才能進行修改，這無疑就大大減少了我們的工作量。

函數式編程的特點

根據維基百科權威定義，函數式編程有以下幾個特點：

• 函數是一等公民
  • 函數可以和變量一樣，可以賦值給其他變量，也可以作為參數，傳入一個函數，或者作為別的函數返回值。
• 只用表達式，不用語句：
  • 表達式是一段單純的運算過程，總是有返回值。
  • 語句是執行某種操作，沒有返回值。
  • 也就是說，函數式編程中的每一步都是單純的運算，而且都有返回值。
• 無副作用
  • 不會產生除運算以外的其他結果。
  • 同一個輸入永遠得到同一個數據。
• 不可變性
  • 不修改變量，返回一個新的值。
• 引用透明
  • 函數的運行不依賴于外部變量，只依賴于輸入的參數。

以上的特點都是函數式編程的核心，基于這些特點，又衍生出了許多應用場景：

• 純函數：同樣的輸入得到同樣的輸出，無副作用。
• 函數組合：將多個依次調用的函數，組合成一個大函數，簡化操作步驟。
• 高階函數：可以加工函數的函數，接收一個或多個函數作為輸入、輸出一個函數。
• 閉包：函數作用域嵌套，實現的不同作用域變量共享。
• 柯里化：將一個多參數函數轉化為多個嵌套的單參數函數。
• 偏函數：緩存一部分參數，然后讓另一些參數在使用時傳入。
• 惰性求值：預先定義多個操作，但不立即求值，在需要使用值時才去求值，可以避免不必要的求值，提升性能。
• 遞歸：控制函數循環調用的一種方式。
• 尾遞歸：避免多層級函數嵌套導致的內存溢出的優化。
• 鏈式調用：讓代碼更加優雅。

這些應用場景都大量存在于我們的日常工作中，接下來我們通過幾個案例來實戰一下。

函數式編程常見案例

基于函數式編程的應用場景，我們來實現幾個具體的案例。

• 函數組合
• 柯里化
• 偏函數
• 高階函數
• 尾遞歸
• 鏈式調用

1、函數組合，組合多個函數步驟。

function?compose(f,?g)?{
??return?function?()?{
????return?f.call(this,?g.apply(this,?arguments));
??};
}

function?toLocaleUpperCase(str)?{
??return?str.toLocaleUpperCase();
}

function?toSigh(str)?{
??return?str?+?"!";
}
//?將多個函數按照先后執行順序組合成一個函數，簡化多個調用步驟。
const?composedFn?=?compose(toSigh,?toLocaleUpperCase);
console.log("函數組合：",?composedFn("msx"));
//?函數組合：MSX!

2、柯里化，將一個多參數函數轉化為多個嵌套的單參數函數。

//?柯里化
function?curry(targetfn)?{
??var?numOfArgs?=?targetfn.length;
??return?function?fn(...rest)?{
????if?(rest.length???????return?fn.bind(null,?...rest);
????}?else?{
??????return?targetfn.apply(null,?rest);
????}
??};
}
//?加法函數
function?add(a,?b,?c,?d)?{
??return?a?+?b?+?c?+?d;
}
//?將一個多參數函數轉化為多個嵌套的單參數函數
console.log("柯里化：",?curry(add)(1)(2)(3)(4));
//?柯里化：10

3、偏函數，緩存一部分參數，然后讓另一些參數在使用時傳入。

//?偏函數
function?isTypeX(type)?{
??return?function?(obj)?{
????return?Object.prototype.toString.call(obj)?===?`[object?${type}]`;
??};
}

//?緩存一部分參數，然后讓另一些參數在使用時傳入。
const?isObject?=?isTypeX("Object");
const?isNumber?=?isTypeX("Number");

console.log("偏函數測試：",?isObject({?a:?1?},?123));?//?true
console.log("偏函數測試：",?isNumber(1));?//?true

4、惰性求值，預先定義多個操作，但不立即求值，在需要使用值時才去求值，可以避免不必要的求值，提升性能。

//?這里使用?C#?中的?LINQ?來演示
//?假設數據庫中有這樣一段數據?db.Gems?[4,15,20,7,3,13,2,20];

var?q?=
????db.Gems
????.Select(c?=>?c?10)
???.Take(3)
???//?只要不調用?ToList?就不會求值
???//?在具體求值的時候，會將預先定義的方法進行優化整合，以產生一個最優的解決方案，才會去求值。
????.ToList();

上述代碼中，傳統的求值會遍歷 2 次，第一次遍歷整個數組(8 項)，篩選出小于 10 的項，輸出 [4,7,3,2]，第二次遍歷這個數組(4 項)，輸出 [4,7,3]。

如果使用惰性求值，則會將預先定義的所有操作放在一起進行判斷，所以只需要遍歷 1 次就可以了。在遍歷的同時判斷 是否小于 10 和 小于 10 的個數是否為 3，當遍歷到第 5 項時，就能輸出 [4,7,3]。

相比傳統求值遍歷的 8+4=12 項，使用惰性求值則只需遍歷 5 項，程序的運行效率也就自然而然地得到了提升。

5、高階函數，可以加工函數的函數(接收一個或多個函數作為輸入、輸出一個函數)。

// React 組件中，將一個組件，封裝為帶默認背景色的新組件。
//?styled-components?就是這個原理
function?withBackgroundRedColor?(wrapedComponent)?{
??return?class?extends?Component?{
????render?()?{
??????return?(<div?style={backgroundColor:?'red}?><wrapedComponent?{...this.props}?/>div>)
????}
??}
}

6、遞歸和尾遞歸。

//?普通遞歸，控制函數循環調用的一種方式。
function?fibonacci(n)?{
??if?(n?===?0)?{
????return?0;
??}
??if?(n?===?1)?{
????return?1;
??}
??return?fibonacci(n?-?1)?+?fibonacci(n?-?2);
}
console.log("沒有使用尾遞歸，導致棧溢出",?fibonacci(100));

//?尾遞歸，避免多層級函數嵌套導致的內存溢出的優化。
function?fibonacci2(n,?result,?preValue)?{
??if?(n?==?0)?{
????return?result;
??}
??return?fibonacci2(n?-?1,?preValue,?result?+?preValue);
}
//?result?=?0,?preValue?=?1
console.log("使用了尾遞歸，不會棧溢出",?fibonacci2(100,?0,?1));

6、鏈式調用

// lodash 中，一個方法調用完成之后，可以繼續鏈式調用其他的方法。
var?users?=?[
??{?user:?"barney",?age:?36?},
??{?user:?"fred",?age:?40?},
??{?user:?"pebbles",?age:?1?},
];
var?youngest?=?_.chain(users)
??.sortBy("age")
??.map(function?(o)?{
????return?o.user?+?"?is?"?+?o.age;
??})
??.head()
??.value();
//?=>?'pebbles?is?1'

思考與總結

本文從編程范式開始，分析了函數式編程的定位，進一步引申出函數式編程的概念，然后基于一些工作中的案例，實戰了函數式編程的應用場景，希望大家都能輕松地認識函數式編程。

最后，如果你對此有任何想法，歡迎留言評論！

好文！點個在看！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的c++ 一个函数包括多个返回值判断_轻松玩转函数式编程的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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