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如何學會函數式編程

←手機掃碼閱讀     火星人 @ 2014-03-12 , reply:0
  

本文是從 How to get started with functional programming 這篇文章翻譯而來。

上周末,有人問我,如何學會函數式編程。我的回答是:用你現在使用的編程語言寫純正函數。

 

純函數唯一的輸入是它的參數,唯一的輸出是它的返回值。如果你以前從未接觸過這個概念,你會以為所有的函數都是純正的。畢竟,所有的函數都是接受一個或多個輸入值,返回一個輸出值。但在某些傳統編程中,經常會有一些外來的信息流入或流出函數。例如,一個不規範的函數有可能會依賴一個全局變數或一些類成員數據。在這種情況下,函數的行為並不完全決定於它的參數值。相似的,一個不規範的函數有可能會更改一個全局變數或修改資料庫。這種情況下,函數除了返回值外,還會附帶一些額外操作。

你可以用任何語言寫出純函數,只是有些語言容易寫,有些語言寫起來比較複雜。例如,沒有人會把Fortran當作一種函數式語言,但有些人(M. J. D. Powell)卻強制自己在Fortran里要寫純函數。

為什麼要寫純函數?純函數具有親系透徹性(referential transparency),也就是說,針對相同的輸入值,它一定給出相同的輸出值。函數輸出不依賴系統時間、資料庫狀態以及任何沒有顯式的作為參數傳入函數的東西。這也表明純函數易於理解(因此也易於調試和測試)。

你可以一直使用純函數。但如果你想把一個值放到資料庫里,光通過純函數是實現不了的。或者當你想調用一個隨機數發生器時,你可不想它保持親系透徹性—每次都返回相同的值。但是,在可以用到純函數的時候,你應該使用純函數,用純函數來消除越界聯繫。完全的純函數程序是不現實的;有人建議說最佳的純度係數應該是 85% 。

那麼,為什麼程序員不大量的使用純函數呢?一個原因是,純函數需要更長的參數表。在面向對象的編程語言里,對象可以隱式的依賴對象狀態來減少參數數量。對於這更簡潔的方法介面,你付出的代價是,你無法只通過方法本身來理解這個方法。調用這個方法時你還需要知道對象的狀態。為了獲得更短的方法介面而放棄親系透徹性值不值得?這依賴於你的上下文環境和你的風格,按我的觀點,我更願意用更長的函數介面來換取更純的函數。

另外一個人們不太喜歡使用純函數的原因是,把大型數據結構傳入函數太麻煩。但這也依賴於你怎麼干。你可以只是形式上的把一個對象傳輸函數,而不是把整個對象按位元組拷貝進去。

為了效率,你也可以製造一些假純度。例如,Mike Swaim最近在一個評論里給出了一個如何利用Memoization讓程序的速度提升數個等級的例子。(Memoization是一種緩存技術。當一個函數向系統請求計算某些東西時,它首先看看這個東西是否已經被緩存過。如果是,它會從從緩存里取出結果返回。如果否,它會計算它,然後把輸出放到緩存里。)使用Memoization技術的函數嚴格的說不是純函數—它的計算操作直接受緩存狀態的影響—但這樣的函數仍然保持親系透徹性,如果你給它相同的輸入,它總會產生相同的輸出。你可以認為稱這樣的函數為純函數是一種欺騙,的確也是,但如果你總是糾結於這種事情,那你也知道,完全純函數是有副作用的。



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