浅析函数式编程
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· 2023-05-18
函数式编程
1. 函数
高中一年级，应该是最早接触函数这个概念的时间，印象很深刻，毕竟是高考压轴大题，但它却是必修一第二章的内容。
我们来看一个必修一中最简单的一个函数：
上面的函数由三个部分组成：
- x 自变量，由它决定初始值
- f 它代表一个规则，用来对 自变量 进行计算。它也是用来描述函数关系的。
- y 因变量，它用来标识通过函数计算以后的结果
一个函数的定义是：「一个自变量 x ，经过一个规则 f(x) 的运算，得到一个因变量。其中的规则 f(x) 称为函数」
上面的函数在数学上有一个术语叫「一元函数」
如上，它被称为「二元函数」，自变量的多少决定了这个函数的名称。
函数的概念，也被引入了计算机的领域中。很多的语言内置了函数的语法，帮助我们去实现类似于数学中函数的功能。
我们来看一个函数的定义
int main(int x) {
return x + 1;
}
这是 C 语言中定义一个函数的语法规则，可以看出它和数学中的函数完全一样，它传入了一个自变量 x 在计算机中，它叫「参数」，同时在函数内部，它对这个参数做了加法运算，并将其返回。此时这个加法运算就是数学中的规则 f(x) ，返回值就是因变量 y
类似，上面的函数叫一元函数，因为他只有一个参数。
同理，两个参数的，就称为二元函数，以此类推。
各种编程语言，提供了多种多样的函数的定义方式，但其本质和上面的函数完全一样，只是定义方式发生了变化而已。
- Java
public static int method(int x) {
return x + 1;
}
- scala
def method(x: Int): Int = {
x + 1
}
- javascript
function method(x) {
return x + 1
}
2. 面向对象编程和函数式编程
写 OOP 的人都有一个体会，以类作为最小的调度单元，实现一个功能，需要去「定义一些数据结构和操作这些数据结构的方法」。
也基于此，衍生出了设计模式这个代码复用的规则。设计模式的出现就是为了解决 OOP 带来的一些弊端，一定程度上实现对方法级别的重用。
函数式编程（后文以 FP 代替）讲究不变性，如同一个数学函数一样，只要你的入参相同，那么你的返回值必然相同，这样做的好处在于，「这个函数对你的代码没有任何副作用，它不会更改所有的变量，只会返回一个新的变量，这也意味着它没有线程安全的问题。」
了解过一些支持 FP 的同学，一定在相关的书籍上看到过一句话：「函数是一等公民」，支持 FP 的语言，将函数作为一种数据类型而存在。
而当函数成为一种数据类型的时候，很多我们经常使用到的设计模式也就有了其他的一些玩法。
3. 函数式编程下的设计模式
策略
策略设计模式，用来解决参数相同场景下的 if|else 的问题，直接看类图
- Strategy(策略)，定义所有支持的算法的公共接口。
- ConcreteStrategy(具体策略，如 SimpleCompository , TeXCompositor)
- Context (上下文，用来对具体的策略进行切换)
上面是典型的 OOP 的思路，我们来看一下 FP 下的代码实现
function test01(func) {
func("HelloWorld")
}
function test02(str) {
log.info(str)
}
test01(test02())
模版方法
模版方法，预留一些扩展（方法）留给子类自己实现，如生命周期函数。来看类图
FP函数式代码实现：
function test01(doCreateDocument, aboutToOpenDocument) {
log.info("start")
doCreateDoCument(str)
aboutToOpenDocument(str)
}
test01(data => {
}, error => {
})
可以发现无论是策略还是模版设计模式，都在使用函数作为数据类型，进而代替了 OOP 中的继承的作用。但对于一个函数而言，参数的个数问题成为了一个问题，实现一个功能我们可以依赖于外部的多个参数，此时一味的进行传参，对于后续代码维护、扩展都有很大的影响，于此函数式编程的一个特性也随之诞生。
4. 柯里化
闭包
闭包的概念来自于前端，通俗的话来讲，「闭包就是引用了一个函数内部所有变量（包括参数）的一个组合。」
闭包在函数创建的时候就会被默认创建，如同类的构造函数。
❝一个问题：没有返回值的函数存在闭包吗？
答：存在，没有使用而已
❞
上面提到了一个多参数的问题，我们来看一段代码
function func1(str1) {
return func2(str2) {
return str1 === str2
}
}
const func3 = func1("1")
const ans = func3("2")
可以看到，func1 返回了一个函数 func2 ，func2 函数访问了 func1 函数的参数。这个的实现就依赖于 「闭包」。
func3 获取到了 func2 的一个引用。此时继续调用 func3 ，得到 func1 最终的处理结果。
上面将函数调用分为了两步，如果连在一起写就是 func1("1")("2")。
❝Func1(1)(2) 这样写的好处在哪里？
❞
-
将一个多元函数拆分为多个低元函数，参数之间可以进行预处理，然后进行整合；
-
一元函数方便复用
这种变形调用方式，在函数式编程中存在一个术语「柯里化」。
5. Java 中的函数式
从 1.8 开始 Jdk 从语言层面提供了一些能力用以在 Java 领域书写一些函数式编程。
函数作为参数
Java 1.8 以后提供了一个注解 @FunctionalInterface 。它的定义是：内部仅仅存在一个抽象方法的接口，即可声明为函数式接口。同时也提供了一些通用的类，来实现函数式编程。
图中最上面是四个基本的函数式接口，Consumer, Predicate, Supplier 三个类都是对 Function 类的一次封装，Consumer 类没有返回值，Predicate 返回值为 「布尔值」 ， Supplier 类没有参数。而 Function 类是一个标准的函数式接口，看一下它的定义。
@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
/**
* Applies this function to the given argument.
*
* @param t the function argument
* @return the function result
*/
R apply(T t);
default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
Objects.requireNonNull(before);
return (V v) -> apply(before.apply(v));
}
default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t) -> after.apply(apply(t));
}
}
可以看到，他内部提供了一个抽象函数， R apply(T t) 接受一个泛型，返回一个泛型。「这是最标准的一元函数（只有一个参数）。」
那么问题来了，如果我需要两个参数怎么办，JDK，提供了一个 BiFunction 可以接受两个参数，当然只能返回一个值，如果想返回多个值，请封装一个 集合类型。
那么问题又来了，如果我需要三个，或者更多的参数怎么办，不可能 JDK 将所有的参数个数的函数都封装一遍吧。
我们来思考一下这个问题的解决方法：对于多元（多参）的函数，我们能否将它们拆成一个个的一元函数，然后让这个一元函数返回一个一元函数，来实现多参数的传递。这就是我们前面提到的柯里化的思想。
来看一下具体的实现
public void test() {
System.out.println(test01(param01 -> param02 -> param03 -> param01 + param02 + param03));
}
public String test01(Function<String, Function<String, Function<String, String>>> function) {
// condition
String method01 = "111";
String method02 = "222";
String method03 = "333";
return function.apply(method01).apply(method02).apply(method03);
}
通过以上的方式可以简单的去写一些服用代码，比如返回值相同但是调用方方不同的第三方调用。
以上就是对函数式编程的一个简单的介绍，具体的其他行为需要在真正的编码中进行实践。
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