JavaScript函數式程式設計（二）

上一篇文章裡我們提到了純函數的概念，所謂的純函數就是，對於相同的輸入，永遠會得到相同的輸出，而且沒有任何可觀察的副作用，也不依賴外部環境的狀態（我偷懶複製過來的）。

但是實際的程式設計中，特別是前端的程式設計範疇裡，「不依賴外在環境」這個條件是根本不可能的，我們總是不可避免地接觸到DOM、AJAX 這些狀態隨時都在變化的東西。所以我們需要用更強大的技術來幹這些髒活。

一、容器、Functor

如果你熟悉jQuery 的話，應該還記得，$(…) 傳回的物件並不是一個原生的DOM 對象，而是對於原生物件的一種封裝：

var foo = $('#foo'); 
foo == document.getElementById('foo'); 
//=> false

foo[0] == document.getElementById('foo'); 
//=> true

這在某種意義上就是一個「容器」（但它不是函數式）。

接下類別我們會看到，容器為函數式程式設計裡普通的變數、物件、函數提供了一層極其強大的外衣，賦予了它們一些很驚豔的特性，就好像Tony Stark 的鋼鐵外衣，Dva 的機甲，明日香的2號機一樣。

下面我們就來寫一個最簡單的容器吧：

var Container = function(x) {
  this.__value = x;
}
Container.of = x => new Container(x);

//试试看
Container.of(1);
//=> Container(1)

Container.of('abcd');
//=> Container('abcd')

我們呼叫 Container.of 把東西裝進容器裡之後，由於這一層外殼的阻擋，普通的函數就對他們不再起作用了，所以我們需要加一個介面來讓外部的函數也能作用到容器裡面的值：

Container.prototype.map = function(f){
  return Container.of(f(this.__value))
}

##我們可以這樣使用它：

Container.of(3)
    .map(x => x + 1)                //=> Container(4)
    .map(x => 'Result is ' + x);    //=> Container('Result is 4')

#沒錯！我們只花了 7 行程式碼就實作了很炫的『

鍊式呼叫』，這也是我們的第一個 Functor。

Functor（函子）是實作了 map 並遵守一些特定規則的容器類型。

也就是說，如果我們要將普通函數應用到一個被容器包裹的值，那麼我們首先需要定義一個叫

Functor 的資料類型，在這個資料類型中需要定義如何使用map 來應用這個普通函數。

把東西裝進一個容器，只留出一個介面

map 給容器外的函數，這麼做有什麼好處呢？

本質上，

Functor 是一個對於函數呼叫的抽象，我們賦予容器自己去呼叫函數的能力。當map 一個函數時，我們讓容器自己來運行這個函數，這樣容器就可以自由地選擇何時何地如何操作這個函數，以致於擁有惰性求值、錯誤處理、非同步呼叫等等非常牛掰的特性。

舉個例子，我們現在為

map 函數新增一個檢查空值的特性，這個新的容器我們稱之為Maybe（原型來自於Haskell） ：

var Maybe = function(x) {
  this.__value = x;
}

Maybe.of = function(x) {
  return new Maybe(x);
}

Maybe.prototype.map = function(f) {
  return this.isNothing() ? Maybe.of(null) : Maybe.of(f(this.__value));
}

Maybe.prototype.isNothing = function() {
  return (this.__value === null || this.__value === undefined);
}

//试试看
import _ from 'lodash';
var add = _.curry(_.add);

Maybe.of({name: "Stark"})
    .map(_.prop("age"))
    .map(add(10));
//=> Maybe(null)

Maybe.of({name: "Stark", age: 21})
    .map(_.prop("age"))
    .map(add(10));
//=> Maybe(31)

看了這些程式碼，覺得鍊式呼叫總是要輸入一堆 .map(…) 很煩吧？這個問題很好解決，還記得我們上一篇文章介紹的柯里化嗎？

有了柯里化這個強大的工具，我們可以這樣寫：

import _ from 'lodash';
var compose = _.flowRight;
var add = _.curry(_.add);

// 创造一个柯里化的 map
var map = _.curry((f, functor) => functor.map(f));

var doEverything = map(compose(add(10), _.property("age")));

var functor = Maybe.of({name: "Stark", age: 21});
doEverything(functor);
//=> Maybe(31)

二、錯誤處理、Either

現在我們的容器能做的事情太少了，它甚至連做簡單的錯誤處理都做不到，現在我們只能類似這樣處理錯誤：

try{
    doSomething();
}catch(e){
    // 错误处理
}

#try/catch/throw 並不是「純粹」的，因為它從外部接管了我們的函數，並且在這個函數出錯時拋棄了它的返回值。這不是我們所期望的函數式的行為。

如果你對 Promise 熟悉的話應該還記得，Promise 是可以呼叫 catch 來集中處理錯誤的：

doSomething()
    .then(async1)
    .then(async2)
    .catch(e => console.log(e));

對於函數式程式設計我們也可以做同樣的操作，如果執行正確，那麼就回傳正確的結果；如果錯誤，就回傳一個用來描述錯誤的結果。這個概念在 Haskell 中稱為 Either 類，Left 和 Right是它的兩個子類別。我們用JS 來實現一下：

// 这里是一样的=。=
var Left = function(x) {
  this.__value = x;
}
var Right = function(x) {
  this.__value = x;
}

// 这里也是一样的=。=
Left.of = function(x) {
  return new Left(x);
}
Right.of = function(x) {
  return new Right(x);
}

// 这里不同！！！
Left.prototype.map = function(f) {
  return this;
}
Right.prototype.map = function(f) {
  return Right.of(f(this.__value));
}

下面來看看 Left 和 Right 的差異：

#

Right.of("Hello").map(str => str + " World!");
// Right("Hello World!")

Left.of("Hello").map(str => str + " World!");
// Left("Hello")

Left 和Right 唯一的差異就在於map 方法的實現，Right.map 的行為和我們之前提到的map 函數一樣。但是 Left.map 就很不同了：它不會對容器做任何事情，只是很簡單地把這個容器拿進來又丟出去。這個特性意味著，Left 可以用來傳遞一個錯誤訊息。

var getAge = user => user.age ? Right.of(user.age) : Left.of("ERROR!");

//试试
getAge({name: 'stark', age: '21'}).map(age => 'Age is ' + age);
//=> Right('Age is 21')

getAge({name: 'stark'}).map(age => 'Age is ' + age);
//=> Left('ERROR!')

#是的，

Left 可以讓呼叫鏈中任一環的錯誤立刻回到呼叫鏈的尾部，這給我們錯誤處理帶來了很大的方便，再也不用一層又一層的try/catch。

Left 和 Right 是 Either 类的两个子类，事实上 Either 并不只是用来做错误处理的，它表示了逻辑或，范畴学里的 coproduct。但这些超出了我们的讨论范围。

三、IO

下面我们的程序要走出象牙塔，去接触外面“肮脏”的世界了，在这个世界里，很多事情都是有副作用的或者依赖于外部环境的，比如下面这样：

function readLocalStorage(){
    return window.localStorage;
}

这个函数显然不是纯函数，因为它强依赖外部的 window.localStorage 这个对象，它的返回值会随着环境的变化而变化。为了让它“纯”起来，我们可以把它包裹在一个函数内部，延迟执行它：

function readLocalStorage(){
    return function(){
        return window.localStorage;   
    }
}

这样 readLocalStorage 就变成了一个真正的纯函数！ OvO为机智的程序员鼓掌！

额……好吧……好像确实没什么卵用……我们只是（像大多数拖延症晚期患者那样）把讨厌做的事情暂时搁置了而已。为了能彻底解决这些讨厌的事情，我们需要一个叫 IO 的新的 Functor：

import _ from 'lodash';
var compose = _.flowRight;

var IO = function(f) {
    this.__value = f;
}

IO.of = x => new IO(_ => x);

IO.prototype.map = function(f) {
    return new IO(compose(f, this.__value))
};

IO 跟前面那几个 Functor 不同的地方在于，它的 __value 是一个函数。它把不纯的操作（比如 IO、网络请求、DOM）包裹到一个函数内，从而延迟这个操作的执行。所以我们认为，IO 包含的是被包裹的操作的返回值。

var io_document = new IO(_ => window.document);

io_document.map(function(doc){ return doc.title });
//=> IO(document.title)

注意我们这里虽然感觉上返回了一个实际的值 IO(document.title)，但事实上只是一个对象：{ __value: [Function] }，它并没有执行，而是简单地把我们想要的操作存了起来，只有当我们在真的需要这个值得时候，IO 才会真的开始求值，这个特性我们称之为『惰性求值』。（培提尔其乌斯：“这是怠惰啊！”）

是的，我们依然需要某种方法让 IO 开始求值，并且把它返回给我们。它可能因为 map 的调用链积累了很多很多不纯的操作，一旦开始求值，就可能会把本来很干净的程序给“弄脏”。但是去直接执行这些“脏”操作不同，我们把这些不纯的操作带来的复杂性和不可维护性推到了 IO 的调用者身上（嗯就是这么不负责任）。

下面我们来做稍微复杂点的事情，编写一个函数，从当前 url 中解析出对应的参数。

import _ from 'lodash';

// 先来几个基础函数：
// 字符串
var split = _.curry((char, str) => str.split(char));
// 数组
var first = arr => arr[0];
var last = arr => arr[arr.length - 1];
var filter = _.curry((f, arr) => arr.filter(f));
//注意这里的 x 既可以是数组，也可以是 functor
var map = _.curry((f, x) => x.map(f)); 
// 判断
var eq = _.curry((x, y) => x == y);
// 结合
var compose = _.flowRight;

var toPairs = compose(map(split('=')), split('&'));
// toPairs('a=1&b=2')
//=> [['a', '1'], ['b', '2']]

var params = compose(toPairs, last, split('?'));
// params('http://xxx.com?a=1&b=2')
//=> [['a', '1'], ['b', '2']]

// 这里会有些难懂=。= 慢慢看
// 1.首先，getParam是一个接受IO(url)，返回一个新的接受 key 的函数；
// 2.我们先对 url 调用 params 函数，得到类似[['a', '1'], ['b', '2']]
//   这样的数组；
// 3.然后调用 filter(compose(eq(key), first))，这是一个过滤器，过滤的
//   条件是 compose(eq(key), first) 为真，它的意思就是只留下首项为 key
//   的数组；
// 4.最后调用 Maybe.of，把它包装起来。
// 5.这一系列的调用是针对 IO 的，所以我们用 map 把这些调用封装起来。
var getParam = url => key => map(compose(Maybe.of, filter(compose(eq(key), first)), params))(url);

// 创建充满了洪荒之力的 IO！！！
var url = new IO(_ => window.location.href);
// 最终的调用函数！！！
var findParam = getParam(url);

// 上面的代码都是很干净的纯函数，下面我们来对它求值，求值的过程是非纯的。
// 假设现在的 url 是 http://www.php.cn/
// 调用 __value() 来运行它！
findParam("a").__value();
//=> Maybe(['a', '1'])

四、总结

如果你还能坚持看到这里的话，不管看没看懂，已经是勇士了。在这篇文章里，我们先后提到了 Maybe、Either、IO 这三种强大的 Functor，在链式调用、惰性求值、错误捕获、输入输出中都发挥着巨大的作用。事实上 Functor 远不止这三种，但由于篇幅的问题就不再继续介绍了（哼才不告诉你其实是因为我还没看懂其它 Functor 的原理）

但依然有问题困扰着我们：

1. 如何处理嵌套的 Functor 呢？（比如 Maybe(IO(42))）

2. 如何处理一个由非纯的或者异步的操作序列呢？

在这个充满了容器和 Functor 的世界里，我们手上的工具还不够多，函数式编程的学习还远远没有结束，在下一篇文章里会讲到 Monad 这个神奇的东西（然而我也不知道啥时候写下一篇，估计等到实习考核后吧OvO）。

以上就是JavaScript函数式编程（二）的内容，更多相关内容请关注PHP中文网（www.php.cn）！