函數(shù)式編程(FP) 學(xué)習(xí)筆記
- 同大家分享、交流學(xué)習(xí)成果，觀點(diǎn)不一定正確椿猎，請大家用辯證的眼光來看待本文內(nèi)容
- 鳥瞰函數(shù)式編程的概況
- 簡單了解一下函數(shù)式編程中的基本脈絡(luò)和一些主要思想
- 看看大家怎么說
- 本文中的例子均使用javascript或swfit
1.
"函數(shù)式編程" 是一種 "編程范式"（programming paradigm）
也就是如何編寫程序的方法論
In computer science, functional programming is a programming paradigm that treats computation as the evaluation of mathematical functions and avoids state and mutable data.
函數(shù)式編程是一種編程模型，他將計(jì)算機(jī)運(yùn)算看做是數(shù)學(xué)中函數(shù)的計(jì)算，并且避免了狀態(tài)以及變量的概念
FP屬于"結(jié)構(gòu)化編程"的一種暖庄，主要思想是把運(yùn)算過程盡量寫成一系列嵌套的函數(shù)調(diào)用；
模塊化是成功編程的關(guān)鍵楼肪，而函數(shù)編程可以極大地改進(jìn)模塊化培廓。
函數(shù)式編程的思想早已遍地開花，例如下面這些巨著：
2.
函數(shù)式編程的特性
- 閉包和高階函數(shù)
- 惰性計(jì)算
- 遞歸
閉包
閉包是自包含的函數(shù)代碼塊春叫，可以在代碼中被傳遞和使用肩钠。(自包含：組件不依賴其他組件俘侠，能夠以獨(dú)立的方式供外部使用。）
閉包就是引用了自由變量的函數(shù)蔬将。
這個被引用的自由變量將和這個函數(shù)一同存在爷速，即使已經(jīng)離開了創(chuàng)造它的環(huán)境也不例外。
如何來理解這個自由變量呢霞怀？
自由變量是指在函數(shù)中使用的惫东，但既不是函數(shù)參數(shù)也不是函數(shù)的局部變量的變量
什么樣的變量是自由變量呢？
如下片斷中的freeVar就是個自由變量：
//javascript
function wrapper() {
var freeVar = 42;
function inner() {
return 2 * freeVar;
}
return inner;
自由變量在閉包生成之前毙石，并不是函數(shù)的一部分廉沮。在函數(shù)被調(diào)用時，閉包才會形成徐矩，函數(shù)將這個自由變量納入自己的作用域滞时，也就是說，自由變量從此與定義它的容器無關(guān)滤灯，以函數(shù)被調(diào)用那一刻為時間點(diǎn)坪稽，成為函數(shù)Context中的成員。
# 例1
//swift
//定義一個求和閉包
//閉包類型：(Int,Int)->(Int)
var c = 100
let add:(Int,Int)->(Int) = {
(a,b) in
return a + b + c
}
//執(zhí)行閉包
let result = add(1,2)
//打印閉包返回值
print("result=\(result)")
----
# 例2
//swift
//包含一個自由變量的閉包
func makeIncrementor(forIncrement amount:Int)->()->Int{
var runningTotal = 0//這是一個自由變量
func incrementor()->Int{
runningTotal += amount
return runningTotal
}
return incrementor
}
let incrementByTen = makeIncrementor(forIncrement:10)
incrementByTen()//10
incrementByTen()//20
incrementByTen()//30
高階函數(shù)
在 Wikipedia 中鳞骤，是這么定義高階函數(shù)（higher-order function）的窒百，如果一個函數(shù)：
- 接受一個或多個函數(shù)當(dāng)作參數(shù)
- 或者，把一個函數(shù)當(dāng)作返回值
那么這個函數(shù)就被稱作高階函數(shù)豫尽。
//swift
import UIKit
var usernames = ["Lves", "Wildcat", "Cc", "Lecoding"]
func backWards(s1: String, s2: String) -> Bool
{
return s1 > s2
}
var resultName1 = usernames.sorted(by:backWards)
//結(jié)果：resultName1: ["Wildcat", "Lves", "Lecoding", "Cc"]
惰性計(jì)算
惰性計(jì)算(Lazy Evaluation)篙梢，目標(biāo)：最小化計(jì)算機(jī)要做的工作。
兩層含義：“延遲計(jì)算”和“短路求值”
在使用延遲求值的時候美旧，表達(dá)式不在它被綁定到變量之后就立即求值渤滞，而是在該值被取用的時候求值。
例如：
x:=expression; (把一個表達(dá)式的結(jié)果賦值給一個變量x)
從字面意義上來看榴嗅，調(diào)用這個表達(dá)式妄呕，將立即把被計(jì)算結(jié)果放置到 x 中，
但是在惰性計(jì)算中录肯，則不會先立即進(jìn)行計(jì)算趴腋，而是直到在后續(xù)表達(dá)式中對 x 的引用有取值的需求時才進(jìn)行計(jì)算。而后續(xù)表達(dá)式自身的求值也可以被延遲论咏，最終為了生成讓外界看到的某個符號而計(jì)算這個快速增長的依賴樹优炬。
來看一個困惑前端的示例， 使用Javascript循環(huán)添加事件：
<meta charset="UTF-8">
<button>第1條記錄</button>
<button>第2條記錄</button>
<button>第3條記錄</button>
<button>第4條記錄</button>
<button>第5條記錄</button>
<button>第6條記錄</button>
<script type="text/javascript">
//test 1 沒有使用閉包
var buttonst_obj = document.getElementsByTagName("button");
for (var i = 0, len = buttonst_obj.length; i < len; i++) {
buttonst_obj[i].onclick = function() {
alert(i);
};
}
上述片斷的結(jié)果是：每個Button彈出的都是6,因?yàn)闆]有形成有效的閉包厅贪。
閉包是有延遲求值特性的蠢护，所以在函數(shù)得到執(zhí)行時，i === 6养涮。（循環(huán)執(zhí)行完成后葵硕，onclick事件才觸發(fā)眉抬，此時i已經(jīng)=6了）
如果我們將它改成下面這樣，讓 i 作為外層函數(shù)的參數(shù)而被內(nèi)層函數(shù)閉包懈凹，結(jié)果則是我們想要的：
//test 2 使用閉包
var buttonst_obj = document.getElementsByTagName("button");
for (var i = 0, len = buttonst_obj.length; i < len; i++) {
buttonst_obj[i].onclick = clickEvent(i);
}
function clickEvent(i){
return function () {
alert(i);
}
}
</script>
Why蜀变？
因?yàn)檫@個clickEvent(i) 高階函數(shù)，
它將 i 作為自由變量傳遞（注意：i 并不是內(nèi)函數(shù)的參數(shù)介评，也不是內(nèi)函數(shù)的一部分）库北，
在 click 時閉包已經(jīng)形成并被傳遞。
短路求值
作為"&&"和"||"操作符的操作數(shù)表達(dá)式们陆，這些表達(dá)式在進(jìn)行求值時寒瓦，只要最終的結(jié)果已經(jīng)可以確定是真或假，求值過程便告終止坪仇，這稱之為短路求值（short-circuit evaluation）杂腰。這是這兩個操作符的一個重要屬性。
遞歸 （略）
3.
函數(shù)式編程還具有以下五個鮮明的特點(diǎn)
- 函數(shù)是"第一等公民"
- 只用"表達(dá)式"椅文，不用"語句"
- 沒有"副作用"
- 不修改狀態(tài)
- 引用透明性
函數(shù)是"第一等公民"
所謂"第一等公民"（first class）喂很，指的是函數(shù)與其他數(shù)據(jù)類型一樣，處于平等地位雾袱，可以賦值給其他變量恤筛，也可以作為參數(shù)，傳入另一個函數(shù)芹橡，或者作為別的函數(shù)的返回值。
舉個栗子：下面代碼中的cprint函數(shù)望伦，可以作為另一個函數(shù)的參數(shù)林说。
//swift
func cprint(i:Int){
print(i)
}
let arr = [1, 2, 4]
arr.forEach(cprint)
只用"表達(dá)式"，不用"語句"
"表達(dá)式"（expression）是一個單純的運(yùn)算過程屯伞，總是有返回值腿箩；
"語句"（statement）是執(zhí)行某種操作，沒有返回值劣摇。
函數(shù)式編程要求珠移，只使用表達(dá)式，不使用語句末融。
也就是說钧惧，每一步都是單純的運(yùn)算，而且都有返回值勾习。
函數(shù)式編程的動機(jī)浓瞪，一開始就是為了處理運(yùn)算（computation），不考慮系統(tǒng)的讀寫（I/O）巧婶。
"語句"屬于對系統(tǒng)的讀寫操作乾颁，所以就被排斥在外涂乌。
當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用中英岭，不做I/O是不可能的湾盒。
因此，編程過程中诅妹，函數(shù)式編程只要求把I/O限制到最小罚勾，不要有不必要的讀寫行為，保持計(jì)算過程的單純性漾唉。
沒有"副作用"
所謂"副作用"（side effect）荧库，指的是函數(shù)內(nèi)部與外部互動（最典型的情況，就是修改全局變量的值）赵刑，產(chǎn)生運(yùn)算以外的其他結(jié)果分衫。
函數(shù)式編程強(qiáng)調(diào)沒有"副作用"，意味著函數(shù)要保持獨(dú)立般此，所有功能就是返回一個新的值蚪战，沒有其他行為，尤其是不得修改外部變量的值铐懊。
不修改狀態(tài)
變量往往用來保存"狀態(tài)"（state）邀桑。
不修改變量，意味著狀態(tài)不能保存在變量中科乎。
函數(shù)式編程使用參數(shù)保存狀態(tài)壁畸，最好的例子就是遞歸。
舉個栗子：計(jì)算階乘 n!
//swift
//使用循環(huán)的方式來計(jì)算階乘茅茂，total變量用于保存臨時狀態(tài)
func cJieChen(n:Int) -> Int {
var total = 1
for i in 1...n{
total = total * i
}
return total
}
var t = cJieChen(n:4)
//swift
//使用遞歸方式計(jì)算階乘捏萍，用參數(shù)來傳遞狀態(tài)
func jiechen(n:Int) -> Int {
if(n==0){
return 1
}else{
return n * jiechen(n:n-1)
}
}
var a = jiechen(n: 4)
引用透明性
函數(shù)式編程還能夠增強(qiáng)引用透明性，
即如果提供同樣的輸入空闲，那么函數(shù)總是返回同樣的結(jié)果令杈。
也就是說，
表達(dá)式的值不依賴于可以改變的值的全局狀態(tài)碴倾。
這使您可以從形式上推斷程序行為逗噩，
因?yàn)楸磉_(dá)式的意義只取決于其子表達(dá)式而不是計(jì)算順序或者其他表達(dá)式的副作用。
這有助于驗(yàn)證正確性跌榔、簡化算法异雁，甚至有助于找出優(yōu)化它的方法。
副作用
副作用指的是修改系統(tǒng)狀態(tài)的語言結(jié)構(gòu)矫户。
因?yàn)?FP 語言不包含任何賦值語句片迅，變量值一旦被指派就永遠(yuǎn)不會改變。而且皆辽，調(diào)用函數(shù)只會計(jì)算出結(jié)果 ── 不會出現(xiàn)其他效果柑蛇。因此芥挣，F(xiàn)P 語言沒有副作用。
4.
函數(shù)式編程好處
- 代碼簡潔耻台，開發(fā)快速
- 接近自然語言空免，易于理解
- 更方便的代碼管理
- 易于"并發(fā)編程"
- 代碼的熱升級
代碼簡潔，開發(fā)快速
函數(shù)式編程大量使用函數(shù)盆耽，減少了代碼的重復(fù)蹋砚，因此程序比較短，開發(fā)速度較快
接近自然語言摄杂，易于理解
函數(shù)式編程的自由度很高坝咐，可以寫出很接近自然語言的代碼。
例如：mansory中的鏈?zhǔn)秸{(diào)用析恢；
更方便的代碼管理
函數(shù)式編程不依賴墨坚、也不會改變外界的狀態(tài)，只要給定輸入?yún)?shù)映挂，返回的結(jié)果必定相同泽篮。因此，每一個函數(shù)都可以被看做獨(dú)立單元柑船，很有利于進(jìn)行單元測試（unit testing）和除錯（debugging）帽撑，以及模塊化組合。
易于"并發(fā)編程"
函數(shù)式編程不需要考慮"死鎖"（deadlock）鞍时，因?yàn)樗恍薷淖兞靠骼愿静淮嬖?鎖"線程的問題。不必?fù)?dān)心一個線程的數(shù)據(jù)逆巍，被另一個線程修改专筷，所以可以很放心地把工作分?jǐn)偟蕉鄠€線程，部署"并發(fā)編程"（concurrency）蒸苇。
多核CPU是將來的潮流，所以函數(shù)式編程的這個特性非常重要吮旅。
代碼的熱升級
函數(shù)式編程沒有副作用溪烤，只要保證接口不變，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是外部無關(guān)的庇勃。所以檬嘀，可以在運(yùn)行狀態(tài)下直接升級代碼，不需要重啟责嚷，也不需要停機(jī)鸳兽。Erlang語言早就證明了這一點(diǎn)，它是瑞典愛立信公司為了管理電話系統(tǒng)而開發(fā)的罕拂，電話系統(tǒng)的升級當(dāng)然是不能停機(jī)的揍异。
5.
顧慮
函數(shù)式編程常被認(rèn)為嚴(yán)重耗費(fèi)在CPU和存儲器資源
- 早期的函數(shù)式編程語言實(shí)現(xiàn)時并無考慮過效率問題全陨。
- 有些非函數(shù)式編程語言為求提升速度，不提供自動邊界檢查或自動垃圾回收等功能衷掷。
6.
柯里化（Currying）
柯里化（Currying）辱姨，又稱部分求值（Partial Evaluation），是一種函數(shù)式編程思想戚嗅，就是把接受多個參數(shù)的函數(shù)轉(zhuǎn)換成接收一個單一參數(shù)（最初函數(shù)的第一個參數(shù)）的函數(shù)雨涛，并且返回一個接受余下參數(shù)的新函數(shù)技術(shù)。
Currying wiki
例3
在swift中利用閉包進(jìn)行柯里化
//swift
//假設(shè)原先有一個下面這樣的函數(shù)
func addOrignal(_ a1:Int,_ a2:Int) -> Int {
return a1+a2
}
let a1 = addOrignal(2,3)
print("a1=\(a1)")
//使用柯里化的方式進(jìn)行改造
/**
這個栗子中的4行代碼懦胞，講述的大概是下面的故事：
（1）函數(shù)addTo的返回值為 (Int) -> Int ：記作R替久，R仍然是一個函數(shù)；
（2）函數(shù)addTo接收一個數(shù)字類型的參數(shù)（adder）躏尉；
（3）返回函數(shù)(R)接收一個數(shù)字類型的參數(shù)(num)蚯根；
（4）返回函數(shù)(R)的返回值是一個數(shù)值，這個數(shù)值為：num+adder
（5）adder是函數(shù)addTo的參數(shù)醇份，而num是函數(shù)R的參數(shù)稼锅，當(dāng)函數(shù)R被創(chuàng)建后，參數(shù)adder被閉包到函數(shù)R當(dāng)中僚纷，并參與函數(shù)R的運(yùn)算矩距；
*/
func addTo(_ adder:Int) -> (Int) -> Int {
return {
num in
return num + adder
}
}
let add2 = addTo(2)
let a2 = add2(3)
print("a2=\(a2)");
//a2=4
let add3 = addTo(3)
let a3 = add3(3)
print("a3=\(a3)");
//a3=6
Map & Reduce
MapReduce是一種編程模型，用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集（大于1TB）的并行運(yùn)算怖竭。概念"Map（映射）"和"Reduce（歸約）"锥债，是它們的主要思想，都是從函數(shù)式編程語言里借來的痊臭，還有從矢量編程語言里借來的特性哮肚。它極大地方便了編程人員在不會分布式并行編程的情況下，將自己的程序運(yùn)行在分布式系統(tǒng)上广匙。 當(dāng)前的軟件實(shí)現(xiàn)是指定一個Map（映射）函數(shù)允趟，用來把一組鍵值對映射成一組新的鍵值對，指定并發(fā)的Reduce（歸約）函數(shù)鸦致，用來保證所有映射的鍵值對中的每一個共享相同的鍵組潮剪。
pipeline
這個技術(shù)的意思是，把函數(shù)實(shí)例成一個一個的action分唾，然后抗碰，把一組action放到一個數(shù)組或是列表中，然后把數(shù)據(jù)傳給這個action list绽乔，數(shù)據(jù)就像一個pipeline一樣順序地被各個函數(shù)所操作弧蝇，最終得到我們想要的結(jié)果。
7.
Lambda表達(dá)式
“Lambda 表達(dá)式”(lambda expression)是一個匿名函數(shù)，Lambda表達(dá)式基于數(shù)學(xué)中的λ演算得名看疗，直接對應(yīng)于其中的lambda抽象(lambda abstraction)沙峻，是一個匿名函數(shù)，即沒有函數(shù)名的函數(shù)鹃觉。Lambda表達(dá)式可以表示閉包（注意和數(shù)學(xué)傳統(tǒng)意義上的不同）专酗。
//swift
var resultName2 = usernames.sorted() {
(s1: String, s2: String) -> Bool in
return s1 < s2
}
sorted方法使用匿名閉包函數(shù)
8.
反面的觀點(diǎn)
不論是面向?qū)ο缶幊踢€是函數(shù)式編程，如果你走了極端盗扇，那都是錯誤的祷肯。
面向?qū)ο缶幊痰臉O端是一切都是對象(純面向?qū)ο?。
函數(shù)式編程的極端是純函數(shù)式編程語言疗隶。
為什么說面向?qū)ο缶幊毯秃瘮?shù)式編程都有問題(30)
反人類
難找工作
好多語言設(shè)計(jì)得不real world佑笋，用來解決實(shí)際問題很無（sha）力（bi）
學(xué)好函數(shù)式編程是要數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的，尤其是了解數(shù)學(xué)是如何從更高層面抽象已經(jīng)被抽象過的東西斑鼻。
學(xué)的人容易感到智商不夠用
union-find算法的Dr. Harrop說：目前我們還沒有發(fā)現(xiàn)一個有效率的純函數(shù)的union-find集合蒋纬。
也就是說：對于有狀態(tài)的操作命令式操作會比聲明式操作更有效率。
參考資料
(2)百度百科
(5)Currying
