前言
研究ReactiveCocoa一段時間了，是時候總結(jié)一下學(xué)到的一些知識了僵驰。
一.函數(shù)響應(yīng)式編程
說道函數(shù)響應(yīng)式編程喷斋，就不得不提到函數(shù)式編程唁毒，它們倆到底有什么關(guān)系呢？今天我們就詳細(xì)的解析一下他們的關(guān)系星爪。
現(xiàn)在有下面4個概念浆西，需要我們理清一下它們之間的關(guān)系：
面向?qū)ο缶幊?Object Oriented Programming
響應(yīng)式編程 Reactive Programming
函數(shù)式編程 Functional Programming
函數(shù)響應(yīng)式編程 Functional Reactive Programming
我們先來說說什么是函數(shù)式編程Functional Programming，我們先來看看wikipedia上的相關(guān)定義：
Functional Programming is a programming paradigm
- treats computation as the evaluation of mathematical functions.
- avoids changing-state and mutable data
總結(jié)一下函數(shù)式編程具有以下幾個特點：
- 函數(shù)是"第一等公民"
- 閉包和高階函數(shù)
- 不改變狀態(tài)(由此延伸出”引用透明”的概念)
- 遞歸
- 只用"表達(dá)式"顽腾，不用"語句"近零，沒有副作用
接下來我們依次說明一下這些特點。
一. 函數(shù)是"第一等公民"
所謂"第一等公民"（first class）抄肖，指的是函數(shù)與其他數(shù)據(jù)類型一樣久信，處于平等地位，可以賦值給其他變量憎瘸，也可以作為參數(shù)入篮，傳入另一個函數(shù)，或者作為別的函數(shù)的返回值幌甘。
一等函數(shù)的理念可以追溯到 Church 的 lambda 演算 (Church 1941; Barendregt 1984)潮售。此后，包括 Haskell锅风，OCaml酥诽，Standard ML，Scala 和 F# 在內(nèi)的大量 (函數(shù)式) 編程語言都不同程度地借鑒了這個概念皱埠。
Ps：世界上最純粹的函數(shù)式編程語言非Haskell莫屬肮帐。
二.閉包和高階函數(shù)
閉包是起函數(shù)的作用并可以像對象一樣操作的對象。與此類似边器，函數(shù)式編程語言支持高階函數(shù)训枢。高階函數(shù)可以用另一個函數(shù)（間接地，用一個表達(dá)式） 作為其輸入?yún)?shù)忘巧，在大多數(shù)情況下恒界，它甚至返回一個函數(shù)作為其輸出參數(shù)。這兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起使得可以用優(yōu)雅的方式進(jìn)行模塊化編程砚嘴，這是使用函數(shù)式編程的最大好處十酣。
三. 不改變狀態(tài)(由此延伸出”引用透明”的概念)
不改變狀態(tài)：
函數(shù)式編程只是返回新的值，不修改系統(tǒng)變量际长。因此耸采，不修改變量，也是它的一個重要特點工育。在其他類型的語言中虾宇，變量往往用來保存"狀態(tài)"（state）。不修改變量翅娶，意味著狀態(tài)不能保存在變量中文留。函數(shù)式編程使用參數(shù)保存狀態(tài)好唯，最好的例子就是遞歸竭沫。
避免使用程序狀態(tài)和可變對象燥翅，是降低程序復(fù)雜度的有效方式之一，而這也正是函數(shù)式編程的精髓蜕提。函數(shù)式編程強(qiáng)調(diào)執(zhí)行的結(jié)果森书，而非執(zhí)行的過程。我們先構(gòu)建一系列簡單卻具有一定功能的小函數(shù)谎势，然后再將這些函數(shù)進(jìn)行組裝以實現(xiàn)完整的邏輯和復(fù)雜的運算凛膏，這是函數(shù)式編程的基本思想。
引用透明：
如果提供同樣的輸入脏榆，那么函數(shù)總是返回同樣的結(jié)果猖毫。就是說，表達(dá)式的值不依賴于可以改變值的全局狀態(tài)须喂。這使您可以從形式上推斷程序行為吁断，因為表達(dá)式的意義只取決于其子表達(dá)式而不是計算順序或者其他表達(dá)式的副作用。
這里有出現(xiàn)了一個問題：
面試題:** 純函數(shù)式的閉包是否滿足函數(shù)式編程里面不改變函數(shù)狀態(tài)的特性坞生？**
根據(jù)純函數(shù)的定義
在計算機(jī)編程中仔役，假如滿足下面這兩個句子的約束，一個函數(shù)可能被描述為一個純函數(shù)：
- 給出同樣的參數(shù)值是己，該函數(shù)總是求出同樣的結(jié)果又兵。該函數(shù)結(jié)果值不依賴任何隱藏信息或程序執(zhí)行處理可能改變的狀態(tài)或在程序的兩個不同的執(zhí)行，也不能依賴來自I/O裝置的任何外部的輸入（通常是這樣的--看下面的描述）卒废。
- 結(jié)果的求值不會促使任何可語義上可觀察的副作用或輸出沛厨，例如易變對象的變化或輸出到I/O裝置。
函數(shù)的返回值是不需要依賴所有（或任何）參數(shù)值摔认，必須不依賴參數(shù)值以外的東西逆皮。函數(shù)可能返回多重結(jié)果值，并且對于被認(rèn)為是純函數(shù)的函數(shù)级野，這些條件必須應(yīng)用到所有返回值页屠。假如一個參數(shù)通過引用調(diào)用，任何內(nèi)部參數(shù)變化將改變函數(shù)外部的輸入?yún)?shù)值蓖柔，它將使函數(shù)變?yōu)榉羌兒瘮?shù)辰企。
回到我們討論的這個問題上來:
閉包雖然可以把閉包外部的變量捕獲到閉包內(nèi)部，但是閉包還是滿足不改變狀態(tài)的特性的况鸣。假設(shè)f(x)的返回值是g(x)牢贸，而g(x)是會依靠f(x)的參數(shù)返回的,g(x)相當(dāng)于擁有f(x)的閉包。這個時候就會有一種錯誤的感覺镐捧，g(x)捕捉了f(x)入?yún)⒌淖兞壳彼鳎瑥亩a(chǎn)生了不同的閉包臭增。從而得出g(x)不是純函數(shù)式的，因為它改變了狀態(tài)竹习。如果我們站在更高的層面去看待這個問題誊抛，函數(shù)在函數(shù)式編程里面是一等值，和結(jié)構(gòu)體整陌，整型拗窃，布爾類型沒有區(qū)別∶诒瑁回到上述的問題中來随夸，由于我們傳入了不同參數(shù)，但是閉包里面的整體算法是沒有變化的震放。更加詳細(xì)的例子宾毒，f(x)返回一個計算x平方的函數(shù)g(x)，g(x)雖然每次都會由f(x)傳入的x值變化而變化殿遂，但是g(x)整體算法就是計算x的平方诈铛，這個計算方法是沒有變化的，不根據(jù)外部狀態(tài)改變而改變的勉躺。那么這個g(x)的block是滿足函數(shù)式編程的不改變函數(shù)狀態(tài)的特性的癌瘾。所以它也是引用透明的。
額外需要說明的一點饵溅，__block這個關(guān)鍵字其實是破壞了函數(shù)式編程的妨退。
面試題:如何理解引用透明？
如果一個函數(shù)只會受到入?yún)⒌淖兓善螅敲催@個函數(shù)每次的調(diào)用都會是相同的
一個函數(shù)f(x),里面調(diào)用了g(x),g(x)里面又調(diào)用了h(x),h(x)最終計算出了結(jié)果咬荷，作為f(x)的返回值返回了。如果所有的狀態(tài)都沒有改變轻掩，f(x)下一次再調(diào)用相同的參數(shù)的時候幸乒，應(yīng)該會得到完全一樣的結(jié)果,那這個時候其實不用再調(diào)用g(x)和h(x)了，也可以得到完全一樣的結(jié)果唇牧。當(dāng)一個函數(shù)罕扎，不依賴“外部”變量和狀態(tài)，只依賴入?yún)⒌淖兓绊懞瘮?shù)最終返回值丐重，也就是說入?yún)⑾嗤徽伲玫降姆祷刂到Y(jié)果一定相同，如果函數(shù)具有這種性質(zhì)扮惦，就可以說這個函數(shù)是引用透明的臀蛛。
typedef int(^intFx)(int a);
intFx transparent(intFx origin) {
NSMutableDictionary *results = [NSMutableDictionary dictionary];
return ^int(int p) {
if (results[@(p)]) {
return [results[@(p)] intValue];
}
results[@(p)] = @(origin(p));
return [results[@(p)] intValue];
};
}
在上述例子中可以看到，如果result里面有我們需要的值了，我們就不會再去調(diào)用回調(diào)的閉包浊仆，這樣transparent的函數(shù)每次傳入相同的值客峭，肯定會返回相同的結(jié)果。
一個純函數(shù)在執(zhí)行的過程中抡柿，只跟入?yún)⒂嘘P(guān)舔琅，在函數(shù)體中并不會引用外部全局變量，或者說是一個類方法里面的其他成員變量沙绝。另外搏明，純函數(shù)除了返回值之外鼠锈，也不會去改變外部的變量值闪檬。滿足上面這兩點的純函數(shù)，就可以說它是引用透明的购笆。也有說法叫這種特性為冪等性
四.遞歸
函數(shù)式編程是用遞歸做為控制流程的機(jī)制粗悯。
五.只用"表達(dá)式"，不用"語句"同欠，沒有副作用
"表達(dá)式"（expression）是一個單純的運算過程样傍，總是有返回值；"語句"（statement）是執(zhí)行某種操作铺遂，沒有返回值衫哥。函數(shù)式編程要求，只使用表達(dá)式襟锐，不使用語句撤逢。也就是說，每一步都是單純的運算粮坞，而且都有返回值蚊荣。
原因是函數(shù)式編程的開發(fā)動機(jī)，一開始就是為了處理運算（computation）莫杈，不考慮系統(tǒng)的讀寫（I/O）互例。"語句"屬于讀寫操作，所以就被排斥在外筝闹。
函數(shù)式編程強(qiáng)調(diào)沒有"副作用"媳叨，意味著函數(shù)要保持獨立，所有功能就是返回一個新的值关顷，沒有其他行為糊秆，尤其是不得修改外部變量的值。
舉個例子來說明一下函數(shù)式編程和指令式編程的區(qū)別：
// 指令式編程
int factorial1(int x) {
int result = 1;
for (int i = 1; i <= x; i ++) {
result *= i;
}
return result;
}
// 函數(shù)式編程
int factorial2(int x) {
if (x == 1) return 1;
return x * factorial2(x - 1);
}
上面這個例子就是計算階乘的例子解寝。我們先來看看指令式編程扩然。指令式編程，像機(jī)器一條條命令一樣思考問題聋伦。指令式的思想就類似于匯編夫偶，一條條指令告訴計算機(jī)該怎么去處理這個問題界睁。所以在指令式編程里面就有很多的狀態(tài)量和語句。而在函數(shù)式編程里面兵拢，思想是利用數(shù)學(xué)方法來思考問題翻斟。階乘在數(shù)學(xué)定義里面就是f(n) = n * f(n - 1) (n > 1),f(n) = 1(n = 1)。在函數(shù)式編程里面是基本上沒有狀態(tài)量说铃，只有表達(dá)式访惜，也沒有賦值語句。利用了遞歸解決了問題腻扇。
再來看看指令式編程和響應(yīng)式編程的區(qū)別
void test() {
int a = 5;
int b = 8;
int c = a + b;
a = 10;
NSLog(@"%d",c);
}
在指令式編程里面债热，計算是一種瞬間的操作。而響應(yīng)式編程幼苛，計算是相互相應(yīng)的窒篱，相互之間都存在關(guān)系，某些變化了舶沿，相互之間的關(guān)系會使相應(yīng)的值隨之變化墙杯。響應(yīng)式編程有2個典型的例子：Excel，當(dāng)單元格變化了括荡，相互之間的單元格也會立即變化高镐。Autolayout，當(dāng)父View變化了畸冲，根據(jù)相互之間的關(guān)系Constraint嫉髓，子View的frame也會隨之變化。
在面向?qū)ο笳Z言中也是可以實現(xiàn)響應(yīng)式編程的召夹，具體做法應(yīng)該是岩喷，把關(guān)系抽象出來，然后把變化抽象出來监憎，用關(guān)系把變化事件傳遞下去纱意。Cocoa框架下RAC的實現(xiàn)就是如此。
最后再來說說函數(shù)響應(yīng)式編程鲸阔。
首先函數(shù)響應(yīng)式編程肯定是滿足函數(shù)式編程的上述特性的偷霉。函數(shù)響應(yīng)式編程是面向離散事件流的，在一個時間軸上會產(chǎn)生一些離散事件褐筛，這些事件會依次向下傳遞类少。
RAC就是Cocoa框架下的函數(shù)響應(yīng)式編程的實現(xiàn)。它提供了基于時間變化的數(shù)據(jù)流的組合和變化渔扎。
接著再來說說之前說的4種編程范式硫狞，總結(jié)出來，如果按照類似繼承圖譜來看的話，應(yīng)該如下圖：
首先在聲明式編程里面有2大家族残吩，那就是函數(shù)式編程和數(shù)據(jù)流編程财忽，數(shù)據(jù)流編程下面就是響應(yīng)式編程，而函數(shù)響應(yīng)式編程是"繼承"于函數(shù)式編程和響應(yīng)式編程的泣侮。
面向?qū)ο缶幊叹蛯儆谥噶钍骄幊痰姆懂牸幢搿纳厦?張圖來看，我們可以很明顯看出這4者是什么關(guān)系了活尊。
面試題:函數(shù)式編程是面向?qū)ο缶幊痰纳壆a(chǎn)品
由上面的說明來看隶校，這個說法肯定是錯誤的，關(guān)系根據(jù)上面2圖來看就很明顯了蛹锰。
面試題:函數(shù)式語言主張不變量的原因是什么深胳？
- 函數(shù)保持獨立，所有功能就是返回一個新的值宁仔，沒有其他行為稠屠，尤其是不修改外部變量的值。由于這一主張翎苫，我們不需要考慮線程"死鎖"問題，線程之間一定是安全的榨了，因為它不修改變量煎谍，所以根本不存在"鎖"線程的問題。
- 進(jìn)一步龙屉，函數(shù)式語言更加趨向于數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)叉瘩，在數(shù)學(xué)公式里面其實是完全不存在變量這一概念的剃诅，此時如果又不存在變量了，那整個程序的執(zhí)行順序其實就不必要了，這樣可以使我們更加容易的進(jìn)行并發(fā)編程安券，更加有效率的利用多核cpu的計算處理能力。
二.鏈?zhǔn)秸{(diào)用
定義：f(x)猛频，表示的是一種態(tài)射刊咳，從x的定義域到f(x)值域的態(tài)射。如果定義域和值域是完全相同的話枢步，這種映射也成為單元態(tài)射沉删。那么滿足單元態(tài)射的函數(shù)，就可以進(jìn)行鏈?zhǔn)秸{(diào)用醉途。
以RAC為例矾瑰，把RACSignal鏈?zhǔn)絺鬟f下去，subscribeNext就會返回一個RACSignal隘擎，定義域和值域都是RACSignal殴穴，那么就滿足了單元態(tài)射的要求，就可以鏈?zhǔn)秸{(diào)用下去。
面試題:組成鏈?zhǔn)秸{(diào)用的必要條件就是在方法里面返回對象自己
這個說法是錯誤采幌，舉個例子：RAC每次做信號變換的時候恍涂，都產(chǎn)生了一個新的信號，所以返回自己就并不是必要條件植榕。其實如果返回自己的同類或者和自己類似的類型再沧，里面也包含可以繼續(xù)鏈?zhǔn)秸{(diào)用的方法，也是可以組成鏈?zhǔn)秸{(diào)用的尊残。
三.關(guān)于RAC的其他一些概念
面試題:ReactiveCocoa是Facebook出的一個FRP開源庫
錯誤炒瘸，是寫Github客戶端時候的附屬品，附帶開發(fā)出的一個開源框架寝衫。
面試題:**ReactiveCocoa是基于KVO的一個開源庫 **
錯誤顷扩。KVO是RAC非常次要的部分，甚至可以說沒有KVO慰毅，RAC依舊可以存在隘截。
面試題:**ReactiveCocoa是一個純函數(shù)式編程的庫 **
錯誤，由于Cocoa框架并不是函數(shù)式汹胃，RAC又是在Cocoa框架下婶芭，所以就不是純函數(shù)式。在命令式編程的語言范疇里面實現(xiàn)純函數(shù)編程着饥，需要折中的方法犀农，我們可以封裝命令式編程，使其向上層可以形成純函數(shù)式的宰掉，但是下層肯定就是命令式編程實現(xiàn)的呵哨。
最后我們再來區(qū)分一個概念:
面試題:RAC中Pull-driver和Push-driver的區(qū)別？
Pull-driver是指的是任何時刻轨奄，我們?nèi)绻枰獢?shù)據(jù)了孟害，都可以從pull-driver里面拿走數(shù)據(jù)，因為數(shù)據(jù)先存儲了挪拟。整個取數(shù)據(jù)的時間控制在調(diào)用者手上挨务。典型的例子就是for-in循環(huán)，這就是一個pull-driver的操作舞丛。不管你循環(huán)幾次耘子，每次循環(huán)如何操作，數(shù)組或者字典里面的數(shù)據(jù)都一直存在在那里球切，“躺”在那里谷誓。
Push-driver是相反的，在任何時刻吨凑，當(dāng)有數(shù)據(jù)或者事件產(chǎn)生捍歪，都會push給你户辱，如果你此時沒有處理，該事件或者數(shù)據(jù)就丟失了糙臼。整個取數(shù)據(jù)的時間并不控制在調(diào)用者的手里庐镐。
Pull-driver可以類比看書，知識和文字不管你看不看变逃，一直都在書里必逆。
Push-driver可以類比看電視，節(jié)目不管你看不看揽乱，都一直播放名眉，你錯過了就是錯過了。
在RAC里面凰棉，Sequence就是一個pull-driver损拢，Signal就是一個push-driver。
未完待續(xù)……
我會不定期把關(guān)于RAC相關(guān)難理解易混淆的概念都整理進(jìn)來……歡迎大家指點撒犀。
