2022-03-06

函数式编程初探

定义

简单说，"函数式编程"是一种编程范式（programming paradigm），也就是如何编写程序的方法论。
它属于"结构化编程"的一种，主要思想是把运算过程尽量写成一系列嵌套的函数调用。

将运算转为一系列函数调用

举例来说，现在有这样一个数学表达式：

(1 + 2) * 3 - 4

传统的过程式编程，可能这样写：

int a = 1 + 2;
int b = a * 3;
int c = b - 4;

函数式编程要求使用函数，可以把运算过程定义为不同的函数，然后写成下面这样：

int result = subtract(multiply(add(1,2), 3), 4);

特点

1. 函数是"第一等公民"

指函数与其他数据类型一样，处于平等地位，可以赋值给其他变量，也可以作为参数，传入另一个函数，或者作为别的函数的返回值。

将函数当成某种特殊的数据类型

2. 只用"表达式"，不用"语句"

"表达式"（expression）是一个单纯的运算过程，总是有返回值；
"语句"（statement）是执行某种操作，没有返回值。

函数式编程要求，只使用表达式，不使用语句。也就是说，每一步都是单纯的运算，而且都有返回值。

原因是函数式编程的开发动机，一开始就是为了处理运算（computation），不考虑系统的读写（I/O）。"语句"属于对系统的读写操作，所以就被排斥在外。

当然，实际应用中，不做 I/O 是不可能的。因此，编程过程中，函数式编程只要求把 I/O 限制到最小，不要有不必要的读写行为，保持计算过程的单纯性。

将传统计算语句尽量都转为函数调用，I/O 限制到最小

3. 没有"副作用"

所谓"副作用"（side effect），指的是函数内部与外部互动（最典型的情况，就是修改全局变量的值），产生运算以外的其他结果。

函数式编程强调没有"副作用"，意味着函数要保持独立，所有功能就是返回一个新的值，没有其他行为，尤其是不得修改外部变量的值。

只返回 f(x)

4. 不修改状态

变量往往用来保存"状态"（state）。不修改变量，意味着状态不能保存在变量中。函数式编程使用参数保存状态，最好的例子就是递归。

由于使用了递归，函数式语言的运行速度比较慢，这是它长期不能在业界推广的主要原因。

不是太理解？

5. 引用透明

引用透明（Referential transparency），指的是函数的运行不依赖于外部变量或"状态"，只依赖于输入的参数，任何时候只要参数相同，引用函数所得到的返回值总是相同的。

其他编程范式中，函数的返回值往往与系统状态有关，不同的状态之下，返回值是不一样的。这就叫"引用不透明"，很不利于观察和理解程序的行为。

函数运行结果只依赖输入的参数

意义

1. 代码简洁，开发快速

2. 接近自然语言，易于理解

add(1,2).multiply(3).subtract(4);

3. 更方便的代码管理

函数式编程不依赖、也不会改变外界的状态，只要给定输入参数，返回的结果必定相同。

每一个函数都可以被看做独立单元，很有利于进行单元测试（unit testing）和除错（debugging），以及模块化组合。

函数是独立的，只与参数有关，不依赖、也不修改外界状态，

4. 易于"并发编程"

函数式编程不需要考虑"死锁"（deadlock），因为它不修改变量，所以根本不存在"锁"线程的问题。不必担心一个线程的数据，被另一个线程修改，所以可以很放心地把工作分摊到多个线程，部署"并发编程"（concurrency）。

Java 函数式编程

Java8 引入了一个重要的新语法 —— Lambda 表达式，基于此，Java 可以实现函数式编程。

Java 函数式编程基于 Lambda 表达式

基于 Lambda 表达式，针对常见的集合数据处理，Java8 引入了一套新的类库，位于包 java.util.stream下，称为 Stream API，Stream API 是对容器类的增强。

Stream API

Java8 还增加了一个新的类 CompletableFuture，它是对并发编程的增强。

并发编程的增强 CompletableFuture

利用Lambda表达式，Java8 还增强了日期和时间 API。