函數(shù)式編程語言

函數(shù)式編程語言是那些方便于使用函數(shù)式編程范式的語言。簡單來說，如果具備函數(shù)式編程所需的特征， 它就可以被稱為函數(shù)式語言。在多數(shù)情況下，編程的風格實際上決定了一個程序是否是函數(shù)式的。

是什么讓一個語言具有函數(shù)式特征？

函數(shù)式編程無法用C語言來實現(xiàn)。函數(shù)式編程也無法用Java來實現(xiàn)（不包括那些通過大量變通手段實現(xiàn)的近似函數(shù)式編程）。 這些語言不包含支持函數(shù)式編程的結構。他們是純面向對象的、嚴格非函數(shù)式的語言。

同時，純函數(shù)語言也無法使用面向對象編程，比如Scheme、Haskell以及Lisp。

然而有些語言兩種模式都支持。Python是個著名的例子，不過還有別的：Ruby，Julia，以及我們最感興趣的Javascript。 這些語言是如何支持這兩種差別如此之大的設計模式呢？它們包含兩種編程范式所需要的特征。 然而對于Javascript來說，函數(shù)式的特征似乎是被隱藏了。

但實際上，函數(shù)式語言所需要的比上述要多一些。到底函數(shù)式語言有什么特征呢？

函數(shù)式語言的語法必須要顧及到特定的設計模式，比如類型推斷系統(tǒng)和匿名函數(shù)。大體上，這個語言必須實現(xiàn)lambda演算。 并且解釋器的求值策略必須是非嚴格、按需調用的（也叫做延遲執(zhí)行），它允許不變數(shù)據(jù)結構和非嚴格、惰性求值。

譯注：這一段用了一些函數(shù)式編程的專業(yè)詞匯。lambda演算是一套函數(shù)推演的形式化系統(tǒng)（聽起來很暈）， 它的先決條件是內部函數(shù)和匿名函數(shù)。非嚴格求值和惰性求值差不多一個意思，就是并非嚴格地按照運算規(guī)則把所有元素先計算一遍， 而是根據(jù)最終的需求只計算有用的那一部分，比如我們要取有一百個元素的數(shù)組的前三項， 那惰性求值實際只會計算出一個具有三個元素是數(shù)組，而不會先去計算那個一百個元素的數(shù)組。 

優(yōu)點

當你最終掌握了函數(shù)式編程它將給你巨大的啟迪。這樣的經驗會讓你后面的程序員生涯更上一個臺階， 無論你是否真的會成為一個全職的函數(shù)式程序員。

不過我們現(xiàn)在不是在討論如何去學習冥想；我們正在探討如何去學習一個非常有用的工具，它將會讓你成為一個更好的程序員。

總的來說，什么是使用函數(shù)式編程真正實際的優(yōu)點呢？

更加簡潔的代碼

函數(shù)式編程更簡潔、更簡單、更小。它簡化了調試、測試和維護。

例如，我們需要這樣一個函數(shù)，它能將二維數(shù)組轉化為一維數(shù)組。如果只用命令式的技術，我們會寫成這樣：

function merge2dArrayIntoOne(arrays) {
  var count = arrays.length;
  var merged = new Array(count);
  var c = 0;
  for (var i = 0; i < count; ++i) {
   for (var j = 0, jlen = arrays[i].length; j < jlen; ++j) {
    merged[c++] = arrays[i][j];
   }
  }
  return merged
}

現(xiàn)在使用函數(shù)式技術，可以寫成這樣：

merge2dArrayIntoOne2 = (arrays) ->
 arrays.reduce (memo, item) ->
  memo.concat item
 , []

var merge2dArrayIntoOne2 = function(arrays) {
 return arrays.reduce( function(p,n){
  return p.concat(n);
 }, []);
};

譯注：原著中代碼有誤，調用reduce函數(shù)時少了第二個參數(shù)空數(shù)組，這里已經補上。

這兩個函數(shù)具有同樣的輸入并返回相同的輸出，但是函數(shù)式的例子更簡潔。

模塊化

函數(shù)式編程強制把大型問題拆分成解決同樣問題的更小的情形，這就意味著代碼會更加模塊化。 模塊化的程序具有更清晰的描述，更易調試，維護起來也更簡單。測試也會變得更加容易， 這是由于每一個模塊的代碼都可以單獨檢測正確性。

復用性

由于其模塊化的特性，函數(shù)式編程會有許多通用的輔助函數(shù)。你將會發(fā)現(xiàn)這里面的許多函數(shù)可以在大量不同的應用里重用。

在后面的章節(jié)里，許多最通用的函數(shù)將會被覆蓋到。然而，作為一個函數(shù)式程序員，你將會不可避免地編寫自己的函數(shù)庫， 這些函數(shù)會被一次又一次地使用。例如一個用于在行間查找配置文件的函數(shù)，如果設計好了也可以用于查找Hash表。

減少耦合

耦合是程序里模塊間的大量依賴。由于函數(shù)式編程遵循編寫一等公民的、高階的純函數(shù)， 這使得它們對全局變量沒有副作用而彼此完全獨立，耦合極大程度上的減小了。 當然，函數(shù)會不可避免地相互依賴，但是改變一個函數(shù)不會影響其他的，只要輸入和輸出的一對一映射保持正確。

數(shù)學正確性

最后一點更理論一些。由于根植于lambda演算，函數(shù)式編程可以在數(shù)學上證明正確性。 這對于一些研究者來說是一個巨大的優(yōu)點，他們需要用程序來證明增長率、時間復雜度以及數(shù)學正確性。

我們來看看斐波那契數(shù)列。盡管它很少用于概念性證明以外的問題，但是用它來解釋這個概念非常好。 對一個斐波那契數(shù)列求值標準的辦法是建立一個遞歸函數(shù)，像這樣：

fibonnaci(n) = fibonnaci(n-2) + fibonnaci(n–1) 

還需要加上一個一般情形：

return 1 when n < 2

這使得遞歸可以終止，并且讓遞歸調用棧里的每一步從這里開始累加。

下面列出詳細步驟

var fibonacci = function(n) {
 if (n < 2) {
  return 1; 
 }else {
  return fibonacci(n - 2) + fibonacci(n - 1);
 } 
}
console.log( fibonacci(8) );
// Output: 34

然而，在一個懶執(zhí)行函數(shù)庫的輔助下，可以生成一個無窮大的序列，它是通過數(shù)學方程來定義整個序列的成員的。 只有那些我們最終需要的成員最后才會被計算出來。

var fibonacci2 = Lazy.generate(function() {
 var x = 1,
 y = 1;
 return function() {
  var prev = x;
  x = y;
  y += prev;
  return prev;
 }; 
}());
console.log(fibonacci2.length());
// Output: undefined
console.log(fibonacci2.take(12).toArray());
// Output: [1, 1, 2, 3, 5,8, 13, 21, 34, 55, 89, 144]
var fibonacci3 = Lazy.generate(function() {
 var x = 1,
 y = 1;
 return function() {
  var prev = x;
  x = y;
  y += prev;
  return prev;
 }; 
}());
console.log(fibonacci3.take(9).reverse().first(1).toArray());
//Output: [34]

第二個例子明顯更有數(shù)學的味道。它依賴Lazy.js函數(shù)庫。還有一些其它這樣的庫，比如Sloth.js、wu.js， 這些將在第三章里面講到。

我插幾句：后面這個懶執(zhí)行的例子放這似乎僅僅是來秀一下函數(shù)式編程在數(shù)學正確性上的表現(xiàn)。 更讓人奇怪的是作者還要把具有相同內部函數(shù)的懶加載寫兩遍，完全沒意義啊…… 我覺得各位看官知道這是個懶執(zhí)就行了，不必深究。

非函數(shù)式世界中的函數(shù)式編程

函數(shù)式和非函數(shù)式編程能混合在一起嗎？盡管這是第七章的主題，但是在我們進一步學習之前， 還是要弄明白一些東西。

這本書并沒要想要教你如何嚴格地用純函數(shù)編程來實現(xiàn)整個應用。這樣的應用在學術界之外不太適合。 相反，這本書是要教你如何在必要的命令式代碼之上使用純函數(shù)的設計策略。

例如，你需要在一段文本中找出頭四個只含有字母的單詞，稚嫩一些的寫法會是這樣：

var words = [], count = 0;
text = myString.split(' ');
for (i=0; count < 4, i < text.length; i++) {
 if (!text[i].match(/[0-9]/)) {
  words = words.concat(text[i]);
  count++;
 } 
}
console.log(words);

函數(shù)式編程會寫成這樣：

var words = [];
var words = myString.split(' ').filter(function(x){
 return (! x.match(/[1-9]+/));
}).slice(0,4);
console.log(words);

如果有一個函數(shù)式編程的工具庫，代碼可以進一步被簡化：

判斷一個函數(shù)是否能被寫成更加函數(shù)式的方式是尋找循環(huán)和臨時變量，比如前面例子里面的“words”和”count”變量。 我們通?？梢杂酶唠A函數(shù)來替換循環(huán)和臨時變量，本章后面的部分將對其繼續(xù)探索。

Javascript是函數(shù)式編程語言嗎？

現(xiàn)在還有最后一個問題我們需要問問自己，Javascript是函數(shù)式語言還是非函數(shù)式語言？

Javascript可以說是世界上最流行卻最沒有被理解的函數(shù)式編程語言。Javascript是一個披著C外衣的函數(shù)式編程語言。 它的語法無疑和C比較像，這意味著它使用C語言的塊式語法和中綴語序。并且它是現(xiàn)存語言中名字起得最差勁的。 你不用去想象就可以看出來有多少人會因Javascript和Java的關系而迷惑，就好像它的名字暗示了它會是什么樣的東西！ 但實際上它和Java的共同點非常少。不過還真有一些要把Javascript強制弄成面向對象語言的主意， 比如Dojo、ease.js這些庫曾做了大量工作試圖抽象Javascript以使其適合面向對象編程。 Javascript來自于90年代那個滿世界都嚷嚷著面向對象的時代，我們被告知Javascript是一個面向對象語言是因為我們希望它是這樣， 但實際上它不是。

它的真實身份可以追溯到它的原型：Scheme和Lisp，兩個經典的函數(shù)式編程語言。Javascript一直都是一個函數(shù)式編程語言。 它的函數(shù)是頭等公民，并且可以嵌套，它具有閉包和復合函數(shù)，它允許珂理化和monad。所有這些都是函數(shù)式編程的關鍵。 這里另外還有一些Javascript是函數(shù)式語言的原因：

• Javascript的詞法包括了傳遞函數(shù)為參數(shù)的能力，具有類型推斷系統(tǒng)，支持匿名函數(shù)、高階函數(shù)、閉包等等。 這些特點對構成函數(shù)式編程的結構和行為至關重要。

• Javascript不是一個純面向對象語言，它的多數(shù)面向對象設計模式都是通過拷貝Prototype對象來完成的， 這是一個弱面向對象編程的模型。歐洲電腦制造商協(xié)會腳本（ECMAScript）——Javascript的正式形式和標準實現(xiàn) ——在4.2.1版本的規(guī)范里有如下陳述：
“Javascript不具有像C++、Smalltalk、Java那樣的真正的類，但是支持創(chuàng)建對象的構造器。 一般來說，在基于類的面向對象語言里，狀態(tài)由實例承載，方法由類承載，繼承只是針對結構和行為。 在EMACScript里，狀態(tài)和方法由對象來承載，結構、行為和狀態(tài)都會被繼承?！?/p>

• Javascript是一個解釋型語言。Javascript的解釋器（有時被稱為“引擎”）非常類似于Scheme的解釋器。 它們都是動態(tài)的，都有易于組合和傳輸?shù)撵`活的數(shù)據(jù)類型，都把代碼求值為表達式塊，處理函數(shù)的方式也類似。

也就是說，Javascript的確不是一個純函數(shù)式語言。它缺乏惰性求值和內建的不可變數(shù)據(jù)。 這是由于大多數(shù)解釋器是按名調用，而不是按需調用。Javascript由于其尾調用的處理方式也不太善于處理遞歸。 不過所有的這些問題都可以通過一些小的注意事項來緩和。需要無窮序列和惰性求值的非嚴格求值可以通過一個叫Lazy.js的庫來實現(xiàn)。 不可變量只需要簡單的通過編程技巧就可以實現(xiàn)，不過它不是通過依賴語言層面來限制而是需要程序員自律。 尾遞歸消除可以通過一個叫Trampolining的方法實現(xiàn)。這些問題將在第六章講解。

關于Javascript是函數(shù)式語言還是面向對象語言還是兩者皆是還是兩者皆非的爭論一直都很多，而且這些爭論還要繼續(xù)下去。

最后，函數(shù)式編程是通過巧妙的變化、組合、使用函數(shù)而實現(xiàn)編寫簡潔代碼的方式。而且Javascript為實現(xiàn)這些提供了很好的途徑。 如果你真要挖掘出Javascript全部的潛能，你必須學會如何將它作為一個函數(shù)式語言來使用。

最新評論