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author: Fraser Tweedale
category: 软件开发
comments_data:
- date: '2017-09-15 19:03:19'
  message: 一直都不大懂
  postip: 118.247.6.64
  username: 二次元萌控森 [Sogou Explorer 2|Windows 10]
- date: '2017-09-16 01:26:08'
  message: "函数式编程是所有编程模式的总结，取消一切对象设计，一切简化成过程，然后将所有的过程粘接起来，其实回到了 C 的世界，只不过简化了函数的定义与使用，应该说是取消了函数声明，采用“边写边用”，每一个过程都是匿名引用或显引用，然后在不同的
    scope 域串接起来。<br />\r\n<br />\r\n这样的编程方式感觉上莫过于就是 JavaScript 的匿名（或命名） function 套匿名（或命名）
    function，然后链式、传递调用。<br />\r\n<br />\r\n这样的语言也是有缺陷的，很容易进 callback 坑，所以你看 Ocaml
    in 回车、然后继续 in 回车，写得像杨辉三角。<br />\r\n<br />\r\n其实 FP 可以认为是语言思想"
  postip: 220.113.126.32
  username: 来自北京的 Safari 10.1|Mac 10.12 用户
- date: '2017-09-16 01:27:15'
  message: "继续上文。。。<br />\r\n<br />\r\n其实 FP 可以认为是语言思想界里的【极简设计】，去掉 OO 臃肿的外壳，只留下它的目标精髓。但是过于骨感其实也不太好，所以我还是倾向于
    Swift / Go。"
  postip: 220.113.126.32
  username: 来自北京的 Safari 10.1|Mac 10.12 用户
- date: '2017-09-18 23:07:32'
  message: 没研究过这个编程语言，要是用java示例就好了
  postip: 220.249.72.210
  username: mistyos [Firefox 55.0|GNU/Linux]
- date: '2017-09-19 13:28:40'
  message: 很快我们会发一篇用 javascript 来介绍函数式编程的。
  postip: 61.186.31.157
  username: linux [Chrome 60.0|Mac 10.11]
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date: '2017-09-15 13:53:59'
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updated: '2017-09-15 13:53:59'
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> 我们来解释函数式编程的什么，它的优点是哪些，并且给出一些函数式编程的学习资源。
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![Introduction to functional programming ](/images/p/201709/15/135403erbbhprllibyy6lr.png " 函数式编程简介 ")


这要看您问的是谁， <ruby> 函数式编程 <rt>  functional programming </rt></ruby>（FP）要么是一种理念先进的、应该广泛传播的程序设计方法；要么是一种偏学术性的、实际用途不多的编程方式。在这篇文章中我将讲解函数式编程，探究其优点，并推荐学习函数式编程的资源。


### 语法入门


本文的代码示例使用的是 [Haskell](https://wiki.haskell.org/Introduction) 编程语言。在这篇文章中你只需要了解的基本函数语法：



```
even :: Int -> Bool
even = ...    -- 具体的实现放在这里

```

上述示例定义了含有一个参数的函数 `even` ，第一行是 *类型声明*，具体来说就是 `even` 函数接受一个 Int 类型的参数，返回一个 Bool 类型的值，其实现跟在后面，由一个或多个等式组成。在这里我们将忽略具体实现方法（名称和类型已经足够了）：



```
map :: (a -> b) -> [a] -> [b]
map = ...

```

这个示例，`map` 是一个有两个参数的函数：


1. `(a -> b)` ：将 `a` 转换成 `b` 的函数
2. `[a]`：一个 `a` 的列表，并返回一个 `b` 的列表。（LCTT 译注： 将函数作用到 `[a]` （List 序列对应于其它语言的数组）的每一个元素上，将每次所得结果放到另一个 `[b]` ，最后返回这个结果 `[b]`。）


同样我们不去关心要如何实现，我们只感兴趣它的定义类型。`a` 和 `b` 是任何一种的的 <ruby> 类型变量 <rt>  type variable </rt></ruby> 。就像上一个示例中， `a` 是 `Int` 类型， `b` 是 `Bool` 类型:



```
map even [1,2,3]

```

这个是一个 Bool 类型的序列：



```
[False,True,False]

```

如果你看到你不理解的其他语法，不要惊慌；对语法的充分理解不是必要的。


### 函数式编程的误区


我们先来解释一下常见的误区：


* 函数式编程不是命令行编程或者面向对象编程的竞争对手或对立面，这并不是非此即彼的。
* 函数式编程不仅仅用在学术领域。这是真的，在函数式编程的历史中，如像 Haskell 和 OCaml 语言是最流行的研究语言。但是今天许多公司使用函数式编程来用于大型的系统、小型专业程序，以及种种不同场合。甚至还有一个[面向函数式编程的商业用户[33](http://cufp.org/)的年度会议；以前的那些程序让我们了解了函数式编程在工业中的用途，以及谁在使用它。
* 函数式编程与 [monad](https://www.haskell.org/tutorial/monads.html) 无关 ，也不是任何其他特殊的抽象。在这篇文章里面 monad 只是一个抽象的规定。有些是 monad，有些不是。
* 函数式编程不是特别难学的。某些语言可能与您已经知道的语法或求值语义不同，但这些差异是浅显的。函数式编程中有大量的概念，但其他语言也是如此。


### 什么是函数式编程?


核心是函数式编程是只使用*纯粹*的数学函数编程，函数的结果仅取决于参数，而没有副作用，就像 I/O 或者状态转换这样。程序是通过 <ruby> 组合函数 <rt>  function composition </rt></ruby> 的方法构建的：



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

```

这个<ruby> 中缀 <rt>  infix </rt></ruby>函数 `(.)` 表示的是二个函数组合成一个，将 `g` 作用到 `f` 上。我们将在下一个示例中看到它的使用。作为比较，我们看看在 Python 中同样的函数：



```
def compose(g, f):
  return lambda x: g(f(x))

```

函数式编程的优点在于：由于函数是确定的、没有副作用的，所以可以用结果替换函数，这种替代等价于使用使 <ruby> 等式推理 <rt>  equational reasoning </rt></ruby> 。每个程序员都有使用自己代码和别人代码的理由，而等式推理就是解决这样问题不错的工具。来看一个示例。等你遇到这个问题：



```
map even . map (+1)

```

这段代码是做什么的？可以简化吗？通过等式推理，可以通过一系列替换来分析代码：



```
map even . map (+1)
map (even . (+1))         -- 来自 'map' 的定义
map (\x -> even (x + 1))  -- lambda 抽象
map odd                   -- 来自 'even' 的定义

```

我们可以使用等式推理来理解程序并优化可读性。Haskell 编译器使用等式推理进行多种程序优化。没有纯函数，等式推理是不可能的，或者需要程序员付出更多的努力。


### 函数式编程语言


你需要一种编程语言来做函数式编程吗？


在没有<ruby> 高阶函数 <rt>  higher-order function </rt></ruby>（传递函数作为参数和返回函数的能力）、lambdas （匿名函数）和<ruby> 泛型 <rt>  generics </rt></ruby>的语言中进行有意义的函数式编程是困难的。 大多数现代语言都有这些，但在不同语言中支持函数式编程方面存在差异。 具有最佳支持的语言称为<ruby> 函数式编程语言 <rt>  functional programming language </rt></ruby>。 这些包括静态类型的 *Haskell*、*OCaml*、*F#* 和 *Scala* ，以及动态类型的 *Erlang* 和 *Clojure*。


即使是在函数式语言里，可以在多大程度上利用函数编程有很大差异。有一个<ruby> 类型系统 <rt>  type system </rt></ruby>会有很大的帮助，特别是它支持 <ruby> 类型推断 <rt>  type inference </rt></ruby> 的话（这样你就不用总是必须键入类型）。这篇文章中没有详细介绍这部分，但足以说明，并非所有的类型系统都是平等的。


与所有语言一样，不同的函数的语言强调不同的概念、技术或用例。选择语言时，考虑它支持函数式编程的程度以及是否适合您的用例很重要。如果您使用某些非 FP 语言，你仍然会受益于在该语言支持的范围内的函数式编程。


### 不要打开陷阱之门


回想一下，函数的结果只取决于它的输入。但是，几乎所有的编程语言都有破坏这一原则的“功能”。空值、<ruby> 实例类型 <rt>  type case </rt></ruby>（`instanceof`）、类型转换、异常、<ruby> 边际效用 <rt>  side-effect </rt></ruby>，以及无尽循环的可能性都是陷阱，它打破等式推理，并削弱程序员对程序行为正确性的理解能力。（所有语言里面，没有任何陷阱的语言包括 Agda、Idris 和 Coq。）


幸运的是，作为程序员，我们可以选择避免这些陷阱，如果我们受到严格的规范，我们可以假装陷阱不存在。 这个方法叫做<ruby> 轻率推理 <rt>  fast and loose reasoning </rt></ruby> 。它不需要任何条件，几乎任何程序都可以在不使用陷阱的情况下进行编写，并且通过避免这些可以而获得等式推理、可组合性和可重用性。


让我们详细讨论一下。 这个陷阱破坏了等式推理，因为异常终止的可能性没有反映在类型中。（你可以庆幸文档中甚至没有提到能抛出的异常）。但是没有理由我们没有一个可以包含所有故障模式的返回类型。


避开陷阱是语言特征中出现很大差异的领域。为避免例外， <ruby> 代数数据类型 <rt>  algebraic data type </rt></ruby>可用于模型错误的条件下，就像：



```
-- new data type for results of computations that can fail
--
data Result e a = Error e | Success a

-- new data type for three kinds of arithmetic errors
--
data ArithError = DivByZero | Overflow | Underflow

-- integer division, accounting for divide-by-zero
--
safeDiv :: Int -> Int -> Result ArithError Int
safeDiv x y =
  if y == 0
    then Error DivByZero
    else Success (div x y)

```

在这个例子中的权衡你现在必须使用 Result ArithError Int 类型，而不是以前的 Int 类型，但这也是解决这个问题的一种方式。你不再需要处理异常，而能够使用轻率推理 ，总体来说这是一个胜利。


### 自由定理


大多数现代静态类型语言具有<ruby> 范型 <rt>  generics </rt></ruby>（也称为<ruby> 参数多态性 <rt>  parametric polymorphism </rt></ruby> ），其中函数是通过一个或多个抽象类型定义的。 例如，看看这个 List（序列）函数:



```
f :: [a] -> [a]
f = ...

```

Java 中的相同函数如下所示：



```
static <A> List<A> f(List<A> xs) { ... }

```

该编译的程序证明了这个函数适用于类型 `a` 的*任意*选择。考虑到这一点，采用轻率推理的方法，你能够弄清楚该函数的作用吗？知道类型有什么帮助？


在这种情况下，该类型并不能告诉我们函数的功能（它可以逆转序列、删除第一个元素，或许多其它的操作），但它确实告诉了我们很多信息。只是从该类型，我们可以推演出该函数的定理：


* 定理 1 ：输出中的每个元素也出现于输入中；不可能在输入的序列 `a` 中添加值，因为你不知道 `a` 是什么，也不知道怎么构造一个。
* 定理 2 ：如果你映射某个函数到列表上，然后对其应用 `f`，其等同于对映射应用 `f`。


定理 1 帮助我们了解代码的作用，定理 2 对于程序优化提供了帮助。我们从类型中学到了这一切！其结果，即从类型中获取有用的定理的能力，称之为<ruby> 参数化 <rt>  parametricity </rt></ruby>。因此，类型是函数行为的部分（有时是完整的）规范，也是一种机器检查机制。


现在你可以利用参数化了。你可以从 `map` 和 `(.)` 的类型或者下面的这些函数中发现什么呢？


* `foo :: a -> (a, a)`
* `bar :: a -> a -> a`
* `baz :: b -> a -> a`


### 学习功能编程的资源


也许你已经相信函数式编程是编写软件不错的方式，你想知道如何开始？有几种学习功能编程的方法；这里有一些我推荐（我承认，我对 Haskell 偏爱）：


* UPenn 的 [CIS 194: 介绍 Haskell](https://www.cis.upenn.edu/%7Ecis194/fall16/) 是函数式编程概念和 Haskell 实际开发的不错选择。有课程材料，但是没有讲座（您可以用几年前 Brisbane 函数式编程小组的 [CIS 194 系列讲座](https://github.com/bfpg/cis194-yorgey-lectures)。
* 不错的入门书籍有 《[Scala 的函数式编程](https://www.manning.com/books/functional-programming-in-scala)》 、 《[Haskell 函数式编程思想](http://www.cambridge.org/gb/academic/subjects/computer-science/programming-languages-and-applied-logic/thinking-functionally-haskell)》 , 和 《[Haskell 编程原理](http://haskellbook.com/)》。
* [Data61 FP 课程](https://github.com/data61/fp-course) （即 *NICTA* 课程）通过<ruby> 类型驱动开发 <rt>  type-driven development </rt></ruby>来教授基础的抽象概念和数据结构。这是十分困难，但收获也是丰富的，其起源于培训会，如果你有一名愿意引导你函数式编程的程序员，你可以尝试。
* 在你的工作学习中使用函数式编程书写代码，写一些纯函数（避免不确定性和异常的出现），使用高阶函数和递归而不是循环，利用参数化来提高可读性和重用性。许多人从体验和实验各种语言的美妙之处，开始走上了函数式编程之旅。
* 加入到你的地区中的一些函数式编程小组或者学习小组中，或者创建一个，也可以是参加一些函数式编程的会议（新的会议总是不断的出现）。


### 总结


在本文中，我讨论了函数式编程是什么以及不是什么，并了解到了函数式编程的优势，包括等式推理和参数化。我们了解到在大多数编程语言中都有一些函数式编程功能，但是语言的选择会影响受益的程度，而 Haskell 是函数式编程中语言最受欢迎的语言。我也推荐了一些学习函数式编程的资源。


函数式编程是一个丰富的领域，还有许多更深入（更神秘）的主题正在等待探索。我没有提到那些具有实际意义的事情，比如：


* lenses 和 prisms （是一流的设置和获取值的方式；非常适合使用嵌套数据）；
* 定理证明（当你可以证明你的代码正确时，为什么还要测试你的代码？）；
* 延迟评估（让您处理潜在的无数的数据结构）；
* 分类理论（函数式编程中许多美丽实用的抽象的起源）；


我希望你喜欢这个函数式编程的介绍，并且启发你走上这个有趣和实用的软件开发之路。


*本文根据 [CC BY 4.0](https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 许可证发布。*


（题图: opensource.com）




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作者简介：


红帽软件工程师。对函数式编程，分类理论，数学感兴趣。Crazy about jalapeños.




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via: <https://opensource.com/article/17/4/introduction-functional-programming>


作者：[Fraser Tweedale](https://opensource.com/users/frasertweedale) 译者：[MonkeyDEcho](https://github.com/MonkeyDEcho) 校对：[wxy](https://github.com/wxy)


本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出