函数式编程 101

January 12 2016

函数式编程这几年变得越来越流行起来,越来越多的语音融入了函数式编程的语法,就连更新缓慢如Java也不例外,在Java8中引入了函数式编程的语法。JVM平台的后起之秀Scala,Groovy更是出生之初就有内置了对函数式编程的支持。作为最经常被拿来与Java做比较的C#,更是抢先一步在.NET 3.5版本时就有了对函数式编程的支持。后来.NET平台上更是直接引入了函数式编程语言F#。

函数式编程的兴起并非没有原因。

  • 函数式编程语言一般极具表现力. 相比主流的面向对象语言能以极少的代码完成相同的工作。与代码量的减少相对应的就是维护成本的降低。
  • 相对于命令式编程,函数式编程语言都是采用声明式编程的方式,能在更高的抽象级别上编程,代码更易于理解。
  • 纯函数是没有副作用的,既不会修改全局状态,也不会修改传入的参数。在进行多线程编程时,就从根本上避免死锁,活锁或者是线程饥饿的问题。

函数式编程语言的特征

高阶函数

在函数式编程语言中,函数终于成为一等公民,可以跟变量一样作为参数传递,同时也可以作为函数返回值返回。这个功能带来的直接好处就是当我们需要传递行为的时候,不必在跟之前一样为了传递行为而引入一个对象。例如在Java 8之前,当我们想排序一个List时:

	List<Integer> values = newArrayList(11, 2, 43, 14, 5, 76, 6);
	Collections.sort(values, new Comparator<Integer>() {
	    @Override
	    public int compare(Integer one, Integer other) {
	        return one.compareTo(other);
	    }
	});     

Java 8引入了Lambda之后,我们不必再引入一个对象来封装我们的排序逻辑:

	Collections.sort(values, (a, b) -> a.compareTo(b));

本质上讲,传递进来的还是一个对象,只不过是因为Functional Interface的存在,我们可以假装传入的是一个函数。这一点在我们使用传入的对象时就更为明显: 我们不得不像使用对象一样通过调用apply方法来应用传入的*函数*。

    public static <T> T create(String stringValue, Function<String, T> instantiator) {
        return instantiator.apply(stringValue);
    }

在纯粹的函数式编程语言中,高阶函数的使用则更为自然, 如在haskell中,

	add :: a -> a -> a
	add a b = a + b

	perform :: a -> a -> (a -> a -> a) -> a
	perform a b action = action a b

	let result = perform 1 1 add 	
	// result = 2

既然函数可以作为参数传递,也可以作为返回值,那么函数之间的运算也就不足为奇了。以下是Haskell中用来组合(compose)函数的函数(对,这里没有写错,就是通过组合函数来生成更强大函数)。

	(.) :: (b -> c) -> (a -> b) -> a -> c
	(.) f g x = f(g(x))

利用(.),我们可以对函数进行组合:

	plus :: a -> a
	plus x = x + 1

	double :: a -> a
	double x = x * 2

	plusThenDouble = double.plus

	let result = plusThenDouble 1
	// result = 4

科里化(Currying)

科里化把一个(接收多个参数的函数)的运算转化为多个(只接收一个参数的函数)的运算。例如:

	add :: a -> a -> a
	add a b = a + b

函数add接收两个参数,返回两者的和。我们可以把函数add理解为接收一个参数a,然后返回一个函数addA。函数B接收另外一个参数B, 返回值则是A+B。那么1+2的例子就可以如下所示:

   add1 :: a -> a
   add1 = add 1

   let result = add1 2 // result = 3

上面的例子中add1其实就是一个部分应用函数(Partial Applied Function)。

其实这就是函数式编程语言中代码重用的方式。面向对象语言通过继承和组合重用已有逻辑,函数式语言可以通过部分应用函数以及函数组合来实现代码复用。

本篇文章是函数式编程系列之一:

  1. 函数式编程 101
  2. 函数式编程 101 (续)
  3. 函数式编程初体验 一
  4. 函数式编程初体验 二
  5. 函数式编程初体验 三

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