图 1
除了上面提到的组件和功能级别的代码复用，我们也可以在软件架构层面上，通过选择一些合理的架构设计来减少重复开拓的事情量，比如说很多公司在中后台场景中大量利用的低代码平台。
可以说，在大部分软件项目中，我们都要去探索代码组合和复用。
函数式编程，曾经有过一段黄金时期，后来又因面向工具范式的崛起而逐步变为小众范式。但是，函数式编程目前又开始在不同的措辞中盛行起来了，像Java 8、JS、Rust等措辞都有对函数式编程的支持。
本日我们就来磋商JavaScript的函数，并进一步磋商JavaScript中的函数式编程（关于函数式编程风格软件的组织、组合和复用）。
图 2
2. 什么是函数式编程？2.1 定义函数式编程是一种风格范式，没有一个标准的教条式定义。我们来看一下维基百科的定义：
函数式编程是一种编程范式，它将电脑运算视为函数运算，并且避免利用程序状态以及易变工具。个中，λ演算是该措辞最主要的根本。而且λ演算的函数可以接管函数作为输入的参数和输出的返回值。
我们可以直接读出以下信息：
避免状态变更函数作为输入输出和λ演算有关那什么是λ演算呢？
2.2 函数式编程起源：λ演算λ演算（读作lambda演算）由数学家阿隆佐·邱奇在20世纪30年代首次揭橥，它从数理逻辑（Mathematical logic）中发展而来，利用变量绑定（binding）和代换规则（substitution）来研究函数如何抽象化定义（define）、函数如何被运用（apply）以及递归（recursion）的形式系统。
λ演算和图灵机等价（图灵完备，作为一种研究措辞又很方便）。
常日用这个定义形式来表示一个λ演算。
图 3
以是λ演算式就三个要点：
绑定关系。变量任意性，x、y和z都行，它仅仅是详细数据的代称。递归定义。λ项递归定义，M可以是一个λ项。更换归约。λ项可运用，空格分隔表示对M运用N，N可以是一个λ项。比如这样的演算式：
图 4
通过变量代换（substitution）和归约（reduction），我们可以像化简方程一样处理我们的演算。
λ演算有很多办法进行，数学家们也总结了许多和它干系的规律和定律（可查看维基百科）。
举个例子，小时候我们学习整数便是学会几个数字，然后用加法/减法来推演其他数字。在函数式编程中，我们可以用函数来定义自然数，有很多定义办法，这里我们讲一种实现办法：
图 5
上面的演算式表示有一个函数f和一个参数x。令0为x，1为f x，2为f f x...
什么意思呢？这是不是很像我们数学中的幂：a^x（a的x次幂表示a对自身乘x次）。相应的，我们理解上面的演算式便是数字n便是f对x浸染的次数。有了这个数字的定义之后，我们就可以在这个根本上定义运算。
图 6
个中SUCC表示后继函数（+1操作），PLUS表示加法。现在我们来推导这个精确性。
图 7
这样，进行λ演算就像是方程的代换和化简，在一个已知条件（公理，比如0/1，加法）下，进行规则推演。
2.2.1 演算：变量的含义在λ演算中我们的表达式只有一个参数，那它怎么实现两个数字的二元操作呢？比如加法a + b，须要两个参数。
这时，我们要把函数本身也视为值，可以通过把一个变量绑定到高下文，然后返回一个新的函数，来实现数据（或者说是状态）的保存和通报，被绑定的变量可以在须要实际利用的时候从高下文中引用到。
比如下面这个大略的演算式：
图 8
第一次函数调用传入m=5，返回一个新函数，这个新函数吸收一个参数n，并返回m + n的结果。像这种情形产生的高下文，便是Closure（闭包，函数式编程常用的状态保存和引用手段），我们称变量m是被绑定（binding）到了第二个函数的高下文。
除了绑定的变量，λ演算也支持自由的变量，比如下面这个y：
图 9
这里的y是一个没有绑定到参数位置的变量，被称为一个自由变量。
绑定变量和自由变量是函数的两种状态来源，一个可以被代换，另一个不能。实际程序中，常日把绑定变量实现为局部变量或者参数，自由变量实现为全局变量或者环境变量。
2.2.2 演算：代换和归约演算分为Alpha代换和Beta归约。 前面章节我们实际上已经涉及这两个观点，下面来先容一下它们。
Alpha代换指的是变量的名称是不主要的，你可以写λm.λn.m + n，也可以写λx.λy.x + y，在演算过程中它们表示同一个函数。也便是说我们只关心打算的形式，而不关心细节用什么变量去实现。这方便我们不改变运算结果的条件下去修正变量命名，以方便在函数比较繁芜的情形下进行化简操作。实际上，连全体lambda演算式的名字也是不主要的，我们只须要这种形式的打算，而不在乎这个形式的命名。
Beta归约指的是如果你有一个函数运用（函数调用），那么你可以对这个函数体中与标识符对应的部分做代换（substitution），办法为利用参数（可能是另一个演算式）去更换标识符。听起来有点绕口，但是它实际上便是函数调用的参数更换。比如：
图 10
可以利用1更换m，3更换n，那么全体表达式可以化简为4。这也是函数式编程里面的引用透明性的由来。须要把稳的是，这里的1和3表示表达式运算值，可以更换为其他表达式。比如把1更换为(λm.λn.m + n 1 3)，这里就须要做两次归约来得到下面的终极结果：
图 11
2.3 JavaScript中的λ表达式：箭头函数ECMAScript 2015规范引入了箭头函数，它没有this，没有arguments。只能作为一个表达式（expression）而不能作为一个声明式（statement），表达式产生一个箭头函数引用，该箭头函数引用仍旧有name和length属性，分别表示箭头函数的名字、形参（parameters）长度。一个箭头函数便是一个纯挚的运算式，箭头函数我们也可以称为lambda函数，它在书写形式上就像是一个λ演算式。
图 12
可以利用箭头函数做一些大略的运算，下例比较了四种箭头函数的利用办法：
图 13
这是直接针对数字（基本数据类型）的情形，如果是针对函数做运算（引用数据类型），事情就变得有趣起来了。我们看一下下面的示例：
图 14
fn_x类型，表明我们可以利用函数内的函数，当函数被当作数据通报的时候，就可以对函数进行运用（apply），天生更高阶的操作。 并且x => y => x(y)可以有两种理解，一种是x => y函数传入X => x(y)，另一种是x传入y => x(y)。
add_x类型表明，一个运算式可以有很多不同的路径来实现。
上面的add_1/add_2/add_3我们用到了JavaScript的立即运算表达式IIFE。
λ演算是一种抽象的数学表达办法，我们不关心真实的运算情形，我们只关心这种运算形式。因此上一节的演算可以用JavaScript来仿照。下面我们来实现λ演算的JavaScript表示。
图 15
我们把λ演算中的f和x分别取为countTime和x，代入运算就得到了我们的自然数。
这也解释了不管你利用符号系统还是JavaScript措辞，你想要表达的自然数是等价的。这也侧面解释λ演算是一种形式上的抽象（和详细措辞表述无关的抽象表达）。
2.4 函数式编程根本：函数的元、柯里化和Point-Free回到JavaScript本身，我们要探究函数本身能不能带给我们更多的东西？我们在JavaScript中有很多创建函数的办法：
图 16
虽然函数有这么多定义，但function关键字声明的函数带有arguments和this关键字，这让他们看起来更像是工具方法（method），而不是函数（function） 。
况且function定义的函数大多数还能被布局（比如new Array）。
接下来我们将只研究箭头函数，由于它更像是数学意义上的函数（仅实行打算过程）。
没有arguments和this。不可以被布局new。2.4.1 函数的元：完备调用和不完备调用不论利用何种办法去布局一个函数，这个函数都有两个固定的信息可以获取：
name 表示当前标识符指向的函数的名字。length 表示当前标识符指向的函数定义时的参数列表长度。在数学上，我们定义f(x) = x是一个一元函数，而f(x, y) = x + y是一个二元函数。在JavaScript中我们可以利用函数定义时的length来定义它的元。
图 17
定义函数的元的意义在于，我们可以对函数进行归类，并且可以明确一个函数须要的确切参数个数。函数的元在编译期（类型检讨、重载）和运行时（非常处理、动态天生代码）都有主要浸染。
如果我给你一个二元函数，你就知道须要通报两个参数。比如+就可以算作是一个二元函数，它的左边接管一个参数，右边接管一个参数，返回它们的和（或字符串连接）。
在一些其他措辞中，+确实也是由抽象类来定义实现的，比如Rust措辞的trait Add<A, B>。
但我们上面看到的λ演算，每个函数都只有一个元。为什么呢？
只有一个元的函数方便我们进行代数运算。λ演算的参数列表利用λx.λy.λz的格式进行分割，返回值一样平常都是函数，如果一个二元函数，调用时只利用了一个参数，则返回一个「不完备调用函数」。这里用三个例子阐明“不完备调用”。
第一个，不完备调用，代换参数后产生了一个不完备调用函数 λz.3 + z。
图 18
第二个，Haskell代码，调用一个函数add（类型为a -> a -> a），得到另一个函数add 1（类型为a -> a）。
图 19
第三个，上一个例子的JavaScript版本。
图 20
“不完备调用”在JavaScript中也成立。实际上它便是JavaScript中闭包（Closure，上面我们已经提到过）产生的缘故原由，一个函数还没有被销毁（调用没有完备结束），你可以在子环境内利用父环境的变量。
把稳，上面我们利用到的是一元函数，如果利用三元函数来表示addThree，那么函数一次性就调用完毕了，不会产生不完备调用。
函数的元还有一个著名的例子（口试题）：
图 21
造成上述结果的缘故原由便是，Number是一元的，接管map第一个参数就转换得到返回值；而parseInt是二元的，第二个参数拿到进制为1（map函数为三元函数，第二个参数返回元素索引），无法输出精确的转换，只能返回NaN。这个例子里面涉及到了一元、二元、三元函数，多一个元，函数体就多一个状态。如果天下上只有一元函数就好了！
我们可以全通过一元函数和不完备调用来天生新的函数处理新的问题。认识到函数是有元的，这是函数式编程的主要一步，多一个元就多一种繁芜度。
2.4.2 柯里化函数：函数元降维技能柯里化（curry）函数是一种把函数的元降维的技能，这个名词是为了纪念我们上文提到的数学家阿隆佐·邱奇。
首先，函数的几种写法是等价的（终极打算结果同等）。
图 22
这里列一个大略的把普通函数变为柯里化函数的办法（柯里化函数Curry）。
图 23
柯里化函数帮助我们把一个多元函数变成一个不完备调用，利用Closure的邪术，把函数调用变成延迟的偏函数(不完备调用函数)调用。这在函数组合、复用等场景非常有用。比如：
图 24
虽然你可以用其他闭包办法来实现函数的延迟调用，但Curry函数绝对是个中形式最美的几种办法之一。
2.4.3 Point-Free｜无参风格：函数的高阶组合函数式编程中有一种Point-Free风格，中文语境大概可以把point认为是参数点，对应λ演算中的函数运用（Function Apply），或者JavaScript中的函数调用（Function Call），以是可以理解Point-Free就指的是无参调用。
来看一个日常的例子，把二进制数据转换为八进制数据：
图 25
这段代码运行起来没有问题，但我们为了处理这个转换，须要理解 parseInt(x, 2) 和 toString(8) 这两个函数（为什么有邪术数字2和邪术数字8），并且要关心数据（函数类型a -> b）在每个节点的形态（关心数据的流向）。有没有一种办法，可以让我们只关心入参和出参，不关心数据流动过程呢？
图 26
上面的方法假设我们已经有了一些根本函数toBinary（语义化，肃清邪术数字2）和toStringOx（语义化，肃清邪术数字8），并且有一种办法（pipe）把根本函数组合（Composition）起来。如果用Typescript表示我们的数据流动便是：
图 27
用Haskell表示更简洁，后面都用Haskell类型表示办法，作为我们的符号措辞。
图 28
值得把稳的是，这里的x-> [int] ->y我们不用关心，由于pipe(..)函数帮我们处理了它们。pipe就像一个盒子。
图 29
BOX内容不须要我们理解。而为了达成这个目的，我们须要做这些事：
utils 一些特定的工具函数。curry 柯里化并使得函数可以被复用。composition 一个组合函数，像胶水一样粘合所有的操作。name 给每个函数定义一个见名知意的名字。综上，Point-Free风格是粘合一些根本函数，终极让我们的数据操作不再关心中间态的办法。这是函数式编程，或者说函数式编程措辞中我们会一贯碰着的风格，表明我们的根本函数是值得相信的，我们仅关心数据转换这种形式，而不是过程。JavaScript中有很多实现这种根本函数工具的库，最出名的是Lodash。
可以说函数式编程范式便是在一直地组合函数。
2.5 函数式编程特性说了这么久，都是在讲函数，那么究竟什么是函数式编程呢？在网上你可以看到很多定义，但大都离不开这些特性。
First Class 函数：函数可以被运用，也可以被当作数据。Pure 纯函数，无副浸染：任意时候以相同参数调用函数任意次数得到的结果都一样。Referential Transparency 引用透明：可以被表达式替代。Expression 基于表达式：表达式可以被打算，促进数据流动，状态声明就像是一个停息，彷佛数据到这里就会结束了一下。Immutable 不可变性：参数不可被修正、变量不可被修正---宁肯捐躯性能，也要产生新的数据（Rust内存模型例外）。High Order Function 大量利用高阶函数：变量存储、闭包运用、函数高度可组合。Curry 柯里化：对函数进行降维，方便进行组合。Composition 函数组合：将多个单函数进行组合，像流水线一样事情。其余还有一些特性，有的会提到，有的一笔带过，但实际也是一个特性（以Haskell为例）。
Type Inference 类型推导：如果无法确定数据的类型，那函数怎么去组合？（常见，但非必需）Lazy Evaluation 惰性求值：函数天然便是一个实行环境，惰性求值是很自然的选择。Side Effect IO：一种类型，用于处理副浸染。一个不能实行打印笔墨、修正文件等操作的程序，是没故意义的，总要有位置处理副浸染。（边缘）数学上，我们定义函数为凑集A到凑集B的映射。在函数式编程中，我们也是这么认为的。函数便是把数据从某种形态映射到另一种形态。把稳理解“映射”，后面我们还会讲到。
图 30
2.5.1 First Class：函数也是一种数据函数本身也是数据的一种，可以是参数，也可以是返回值。
图 31
通过这种办法，我们可以让函数作为一种可以保存状态的值进行流动，也可以充分利用不完备调用函数来进行函数组合。把函数作为数据，实际上就让我们有能力获取函数内部的状态，这样也产生了闭包。但函数式编程不强调状态，大部分情形下，我们的“状态”便是一个函数的元（我们从元获取外部状态）。
2.5.2 纯函数：无状态的天下常日我们定义输入输出（IO）是不纯的，由于IO操作不仅操作了数据，还操作了这个数据范畴外部的天下，比如打印、播放声音、修正变量状态、网络要求等。这些操作并不是说对程序造成了毁坏，相反，一个完全的程序一定是须要它们的，不然我们的所有打算都将毫无意义。
但纯函数是可预测的，引用透明的，我们希望代码中更多地涌现纯函数式的代码，这样的代码可以被预测，可以被表达式更换，而更多地把IO操作放到一个统一的位置做处理。
图 32
这个add函数是不纯的，但我们把副浸染都放到它里面了。任意利用这个add函数的位置，都将变成不纯的（就像是async/await的通报性一样）。须要解释的是抛开实际运用来评论辩论函数的纯粹性是毫无意义的，我们的程序须要和终端、网络等设备进行交互，不然一个打算的运行结果将毫无意义。但对付函数的元来说，这种纯粹性就很故意义，比如：
图 33
当函数的元像上面那样是一个引用值，如果一个函数的调用不去掌握自己的纯粹性，对别人来说，可能会造成毁灭性打击。因此我们须要对引用值特殊小心。
图 34
上面这种解构赋值的办法仅办理了第一层的引用值，很多其他情形下，我们要处理一个引用树、或者返回一个引用树，这须要更深层次的解引用操作。请小心对待你的引用。
函数的纯粹性哀求我们时候提醒自己降落状态数量，把变革留在函数外部。
2.5.3 引用透明：代换通过表达式替代（也便是λ演算中讲的归约），可以得到终极数据形态。
图 35
也便是说，调用一个函数的位置，我们可以利用函数的调用结果来替代此函数调用，产生的结果不变。
一个引用透明的函数调用链永久是可以被合并式代换的。
2.5.4 不可变性：把大略留给自己一个函数不应该去改变原有的引用值，避免对运算的其他部分造成影响。
图 36
一个充满变革的天下是混沌的，在函数式编程天下，我们须要强调参数和值的不可变性，乃至在很多时候我们可以为了不改变原来的引用值，捐躯性能以产生新的工具来进走运算。捐躯一部分性能来担保我们程序的每个部分都是可预测的，任意一个工具从创建到消逝，它的值该当是固定的。
一个元如果是引用值，请利用一个副本（克隆、复制、替代等办法）来得到状态变更。
2.5.5 高阶：函数抽象和组合JS中用的最多的便是Array干系的高阶函数。实际上Array是一种Monad（后面讲解）。
图 37
通过高阶函数通报和修正变量：
图 38
高阶函数实际上为我们供应了注入环境变量（或者说绑定环境变量）供应了更多可能。React的高阶组件就从这个思想上借用而来。一个高阶函数便是利用或者产生另一个函数的函数。高阶函数是函数组合（Composition）的一种办法。
高阶函数让我们可以更好地组合业务。常见的高阶函数有：
mapcomposefoldpipecurry....2.5.6 惰性打算：降落运行时开销惰性打算的含义便是在真正调用到的时候才实行，中间步骤不真实实行程序。这样可以让我们在运行时创建很多根本函数，但并不影响实际业务运行速率，唯有业务代码真实调用时才产生开销。
图 39
map(addOne)并不会真实实行+1，只有真实调用exec才实行。当然这个只是一个大略的例子，强大的惰性打算在函数式编程措辞中还有很多其他例子。比如：
图 40
“无穷”只是一个字面定义，我们知道打算机是无法定义无穷的数据的，因此数据在take的时候才真实产生。
惰性打算让我们可以无限利用函数组合，在写这些函数组合的过程中并不产生调用。但这种形式，可能会有一个严重的问题，那便是产生一个非常长的调用栈，而虚拟机或者阐明器的函数调用栈一样平常都是有上限的，比如2000个，超过这个限定，函数调用就会栈溢出。虽然函数调用栈过长会引起这个严重的问题，但这个问题实在不是函数式措辞设计的逻辑问题，由于调用栈溢出的问题在任何设计不良的程序中都有可能涌现，惰性打算只是利用了函数调用栈的特性，而不是一种毛病。
记住，任何时候我们都可以重构代码，通过良好的设计来办理栈溢出的问题。
2.5.7 类型推导当前的JS有TypeScript的加持，也可以算是有类型推导了。
图 41
没有类型推导的函数式编程，在利用的时候会很未便利，所有的工具函数都要查表查示例，开拓中效率会比较低下，也随意马虎造成缺点。
但并不是说一门函数式措辞必须要类型推导，这不是逼迫的。像Lisp就没有逼迫类型推导，JavaScript也没有逼迫的类型推导，这不影响他们的成功。只是说，有了类型推导，我们的编译器可以在编译器期间提前捕获缺点，乃至在编译之前，写代码的时候就可以创造缺点。类型推导是一些措辞强调的精良特性，它确实可以帮助我们提前创造更多的代码问题。像Rust、Haskell等。
2.5.8 其他你现在也可以总结一些其他的风格或者定义。比如强调函数的组合、强调Point-Free的风格等等。
图 42
3. 小结函数式有很多根本的特性，闇练地利用这些特性，并加以奥妙地组合，就形成了我们的“函数式编程范式”。这些根本特性让我们对待一个function，更多地看作函数，而不是一个方法。在许多场景下，利用这种范式进行编程，就像是在做数学推导（或者说是类型推导），它让我们像学习数学一样，把一个个繁芜的问题大略化，再进行累加/累积，从而得到结果。
同时，函数式编程还有一块大的领域须要进入，即副浸染处理。不处理副浸染的程序是毫无意义的（仅在内存中进行打算），下篇我们将深入函数式编程的运用，为我们的工程运用发掘出更多的特性。
4. 作者简介俊杰，美团到家研发平台/医药技能部前端工程师。
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