JS与函数式编程

随着React16.8新增了Hook特性，增强了函数式组件的功能；以及Vue3.0引入了组合式API，让人不禁产生疑问，为什么主流的前端框架如此崇尚函数式编程？难道面向对象编程已经不香了么？首先需要了解一下函数式编程这一存在已久（比OO还要久）的编程范式。

函数式编程是什么

函数式编程是一种编程范式，主要是利用函数把运算过程封装起来，通过组合各种函数来计算结果。

函数式编程的特点

1、函数是“一等公民”

所谓"第一等公民"，指的是函数与其他数据类型一样，处于平等地位，可以赋值给其他变量，也可以作为参数，传入另一个函数，或者作为别的函数的返回值。

在JavaScript里面，函数也是对象，第一等公民的地位妥妥的。

比如最常见的setTimeout函数，其第一个参数就是一个函数：

setTimeout(() => {
    console.log('hello')
}, 1000)

2、只用“表达式”，不用“语句”

"表达式"（expression）是一个单纯的运算过程，总是有返回值；"语句"（statement）是执行某种操作，没有返回值。函数式编程要求，只使用表达式，不使用语句。也就是说，每一步都是单纯的运算，而且都有返回值。

3、没有“副作用”

所谓"副作用"，指的是函数内部与外部互动，产生运算以外的其他结果。比如：发送HTTP请求、修改全局变量等。

纯粹的函数式编程语言编写的函数没有变量，因此，任意一个函数，只要输入是确定的，输出就是确定的，这种纯函数称之为没有副作用的。而由于Python、JavaScript等语言允许使用变量，所以它们不是纯函数式编程语言，只是对函数式编程提供部分支持。

函数式编程强调没有"副作用"，意味着函数要保持独立，返回一个新的值，没有其他行为，尤其是不得修改外部变量的值。

在其他类型的语言中，变量往往用来保存"状态"（state）。不修改变量，意味着状态不能保存在变量中。函数式编程使用参数保存状态，最好的例子就是递归。

由于递归调用是非常消耗内存的，尤其是递归深度很深时，容易发生栈溢出。可以通过尾递归进行优化。

4、惰性求值

惰性求值（lazy evaluation，也称作call-by-need）是这样一种技术：是在将表达式赋值给变量（或称作绑定）时并不计算表达式的值，而在变量第一次被使用时才进行计算。这样就可以通过避免不必要的求值提升性能。

最常见的例子就是Vue中路由的懒加载：

const List = () => import('@/components/list.vue') //只是定义了一个函数，没有执行import的动作
const router = new VueRouter({
  routes: [
    { path: '/list', component: List }
  ]
})

5、引用透明

引用透明（Referential transparency），指的是函数的运行不依赖于外部变量或"状态"，只依赖于输入的参数，任何时候只要参数相同，引用函数所得到的返回值总是相同的。

其他类型的语言，函数的返回值往往与系统状态有关，不同的状态之下，返回值是不一样的。这就叫"引用不透明"，很不利于观察和理解程序的行为。

6、无锁并发

函数式编程不需要考虑"死锁"（deadlock），因为它不修改变量，所以根本不存在"锁"线程的问题。不必担心一个线程的数据，被另一个线程修改，所以可以很放心地把工作分摊到多个线程，部署"并发编程"（concurrency）。

看下面的代码：

let s1 = Op1()
let s2 = Op2()
let s3 = concat(s1, s2)

由于s1和s2互不干扰，不会修改变量，谁先执行是无所谓的，所以可以放心地增加线程，把它们分配在两个线程上完成。其他类型的语言就做不到这一点，因为s1可能会修改系统状态，而s2可能会用到这些状态，所以必须保证s2在s1之后运行，自然也就不能部署到其他线程上了。

函数式编程与编程范式

文章一开始提到：函数式编程是一种编程范式。那么还有哪些主流的编程范式？

常见的三种编程范式：命令式编程、面向对象编程和函数式编程。

命令式编程

命令式编程关心解决问题的步骤，而函数式编程关心数据的映射。

举例来说，现在有这样一个数学表达式：

(1 + 2) * 3 - 4

命令式编程可能这样写：

let a = 1 + 2;
let b = a * 3;
let c = b - 4;

函数式编程要求使用函数，我们可以把运算过程定义为不同的函数，然后写成下面这样：

let result = subtract(multiply(add(1,2), 3), 4)

面向对象编程

怎样为一个模糊不清的问题找到一个最恰当的描述？ 抽象（Abstraction）通常是我们用来简化复杂的现实问题的方法。

在面向对象程序编程里，计算机程序会被设计成彼此相关的对象。对象则指的是类的实例。它将对象作为程序的基本单元，将程序和数据封装其中，以提高软件的重用性、灵活性和扩展性，对象里的程序可以访问及经常修改对象相关连的数据。对象包含数据（字段、属性）与方法。

三种编程范式的比较

这三种编程范式各自的特点：

• 命令式编程的核心在于模块化，在实现过程中使用了状态，依赖了外部变量，导致很容易影响附近的代码，可读性较差，后期的维护成本也较高；
• 函数式编程的核心在于避免副作用，不改变也不依赖当前函数外的数据。结合不可变数据、函数是第一等公民等特性，使函数带有自描述性，可读性较高；
• 面向对象编程的核心在于抽象，提供清晰的对象边界。结合封装、集成、多态特性，降低了代码的耦合度，提升了系统的可维护性；

JS中的函数式编程

之前提到过，由于JavaScript允许使用变量，所以它不是纯函数式编程语言。但是毫无疑问，JS中有很多函数式编程的应用，比如在ES5/ES6标准中的箭头函数、迭代器、map、filter、reduce等。在前端框架中，Redux的纯函数，React16.8推出的hooks，Vue3.0的composition Api等，也都是函数式编程的应用。

函数柯里化

函数柯里化指的是一种将一个多元函数，转换成一个依次调用的单元函数。

举个例子，实现一个求和函数：

add(1,2,3) // 一次性接受3个参数

经过函数柯里化的处理，变成这样：

addCurry(1)(2)(3) // 每次接收1个参数

通常，我们在实践中使用柯里化都是为了把某个函数变得单值化，这样可以增加函数的多样性，使得其适用性更强：

const replace = curry((a, b, str) => str.replace(a, b)) // curry是实现柯里化的函数，参数是一个函数
const replaceSpaceWith = replace(/\s*/)
const replaceSpaceWithComma = replaceSpaceWith(',')
const replaceSpaceWithDash = replaceSpaceWith('-')

通过上面这种方式，我们从一个 replace 函数中产生很多新函数，可以在各种场合进行使用。

手动实现函数柯里化：

function curry(fn, ...args) {
    return args.length < fn.length
        //第一个参数传null不改变this指向，而且可以在后续的调用中去传入参数
        ? curry.bind(null, fn, ...args) //通过bind实现保存每次输入的args
        : fn(...args)
}

函数组合

函数组合就是将不同功能的函数组合在一起，依次对传入的参数做处理，就像一个流水线一样。

比如有三个函数：

const f = x => x + 1
const g = x => x * 2
const t = (x, y) => x + y

如果传入的参数是1、2，处理的顺序是：f => g => t，结果就是3 => 6 => 7。

如果有一个函数compose能实现函数组合，那么：

let fgt = compose(f, g, t)
fgt(1, 2) // 3 -> 6 -> 7

可以手动实现一下compose函数：

const compose = (...fns) => (...args) => fns.reduceRight((val, fn) => fn.apply(null, [].concat(val)), args)

再举个函数组合的应用，比如要将数组最后一个元素大写，假设 log, head，reverse，toUpperCase 函数存在。

命令式的写法：

log(toUpperCase(head(reverse(arr))))

面向对象的写法：

arr.reverse()
  .head()
  .toUpperCase()
  .log()

现在通过组合，如何实现之前的功能：

const upperLastItem = compose(log, toUpperCase, head, reverse)

高阶函数

高阶函数，通常是指一个函数同时具有：

• 将一个或多个函数作为参数，或
• 返回一个函数作为结果

而在 JavaScript 中， 最常用到的 高阶函数就是 ：filter，map和 reduce 。

React中的函数式编程

可以从一下几个特性找到React中函数式编程的体现：

函数式组件和Hook

Hook是 React16.8 的新特性，可以在不使用类组件的情况下，使用 state 以及其他的React特性。这样就使得函数式组件的功能更加强大。

那么函数式组件 vs. 类组件，该如何选择？

• 首先，二者在开发时的编程范式上却存在巨大的差异。类组件是基于面向对象编程的，它主打的是继承、生命周期等核心概念；而函数组件内核是函数式编程，主打的是 immutable、没有副作用、引用透明等特点；
• 由于 React Hooks 的推出，生命周期概念的淡出，函数组件可以完全取代类组件。其次继承并不是组件最佳的设计模式，官方更推崇“组合优于继承”的设计概念，所以类组件在这方面的优势也在淡出；
• 性能优化上，类组件主要依靠 shouldComponentUpdate 阻断渲染来提升性能，而函数组件依靠 useMemo、useCallback 缓存渲染结果来提升性能、靠useEffect来阻断渲染；
• 从上手程度而言，类组件更容易上手，从未来趋势上看，由于React Hooks 的推出，函数组件成了社区未来主推的方案；
• 类组件在未来时间切片与并发模式中，由于生命周期带来的复杂度，并不易于优化。而函数组件本身轻量简单，且在 Hooks 的基础上提供了比原先更细粒度的逻辑组织与复用，更能适应 React 的未来发展；

数据是不可变的

• 在React中，强调一个组件不能去修改传入的prop值，这遵循了Immutable的原则；
• 在Redux中，更是强调Immutable的作用，每个reducer不能够修改state，只能返回一个新的state；

纯函数

• 在React中，组件的render函数应该是一个纯函数。只有这样，组件渲染的结果才只和state/props有关系，遵循UI = f(state)这个公式；
• 在Redux，reducer必须是一个纯函数，也是函数式编程的要求；

高阶组件

React中的高阶组件（HOC）也是函数式编程的应用。

高阶组件是一个函数，接收一个组件，返回一个新组件。高阶组件就是设计模式里的装饰者模式。HOC 是纯函数，没有副作用。

const EnhancedComponent = highOrderComponent(WrappedComponent);

高阶组件是React中实现代码复用的方式之一。

Vue中的函数式编程

Composition API

Vue3中的组合式API让人一下就想到了React中的Hook，这不也是函数式编程么？

• vue2是选项式API，将mounted，data，computed，watch之类的方法作为一个对象的属性进行导出；
• vue3新增了一个名为setup的入口函数，value, computed, watch, onMounted等方法都需要从外部导入；

在vue3中，我们可以像写一个方法一样去写这个组件的JS逻辑部分，使用import来按需引入。

这样的好处显而易见，首先就是我们需要写的代码量少了，其次就是我们可以封装更多的子函数、引用更多的公共函数去维护我们的代码，第三就是代码的可读性变高了。

参考链接

• 函数式编程初探
• 常见的4种编程范式比较
• 编程范式与函数式编程
• 简明 JavaScript 函数式编程——入门篇
• React世界的函数式编程