誕生50多年之后，函數(shù)式編程（functional programming）開始獲得越來越多的關(guān)注。

不僅最古老的函數(shù)式語言 Lisp 重獲青春，而且新的函數(shù)式語言層出不窮，比如 Erlang、clojure、Scala,、F#等等。目前最當(dāng)紅的 Python、Ruby、Javascript，對函數(shù)式編程的支持都很強(qiáng)，就連老牌的面向?qū)ο蟮?Java、面向過程的 PHP，都忙不迭地加入對匿名函數(shù)的支持。越來越多的跡象表明，函數(shù)式編程已經(jīng)不再是學(xué)術(shù)界的最愛，開始大踏步地在業(yè)界投入實(shí)用。

也許繼"面向?qū)ο缶幊?quot;之后，"函數(shù)式編程"會成為下一個編程的主流范式（paradigm）。未來的程序員恐怕或多或少都必須懂一點(diǎn)。

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但是，"函數(shù)式編程"看上去比較難，缺乏通俗的入門教程，各種介紹文章都充斥著數(shù)學(xué)符號和專用術(shù)語，讓人讀了如墜云霧。就連最基本的問題"什么是函數(shù)式編程"，網(wǎng)上都搜不到易懂的回答。

下面是我的"函數(shù)式編程"學(xué)習(xí)筆記，分享出來，與大家一起探討。內(nèi)容不涉及數(shù)學(xué)（Lambda Calculus 我也不懂），也不涉及高級特性（比如 lazy evaluation 和 currying），只求盡量簡單通俗地整理和表達(dá)，我現(xiàn)在所理解的"函數(shù)式編程"以及它的意義。

我主要參考了 Slava Akhmechet 的"Functional Programming For The Rest of Us"。

一、定義

簡單說，"函數(shù)式編程"是一種"編程范式"（programming paradigm），也就是如何編寫程序的方法論。

它屬于"結(jié)構(gòu)化編程"的一種，主要思想是把運(yùn)算過程盡量寫成一系列嵌套的函數(shù)調(diào)用。舉例來說，現(xiàn)在有這樣一個數(shù)學(xué)表達(dá)式：

(1 + 2) * 3 - 4 

傳統(tǒng)的過程式編程，可能這樣寫：

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

函數(shù)式編程要求使用函數(shù)，我們可以把運(yùn)算過程定義為不同的函數(shù)，然后寫成下面這樣：

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

這就是函數(shù)式編程。

二、特點(diǎn)

函數(shù)式編程具有五個鮮明的特點(diǎn)。

1. 函數(shù)是"第一等公民"

所謂"第一等公民"（first class），指的是函數(shù)與其他數(shù)據(jù)類型一樣，處于平等地位，可以賦值給其他變量，也可以作為參數(shù)，傳入另一個函數(shù)，或者作為別的函數(shù)的返回值。

舉例來說，下面代碼中的 print 變量就是一個函數(shù)，可以作為另一個函數(shù)的參數(shù)。

var print = function (i){ console.log (i);}; 
 
   [1,2,3].forEach (print); 

2. 只用"表達(dá)式"，不用"語句"

"表達(dá)式"（expression）是一個單純的運(yùn)算過程，總是有返回值；"語句"（statement）是執(zhí)行某種操作，沒有返回值。函數(shù)式編程要求，只使用表達(dá)式，不使用語句。也就是說，每一步都是單純的運(yùn)算，而且都有返回值。

原因是函數(shù)式編程的開發(fā)動機(jī)，一開始就是為了處理運(yùn)算（computation），不考慮系統(tǒng)的讀寫（I/O）。"語句"屬于對系統(tǒng)的讀寫操作，所以就被排斥在外。

當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用中，不做I/O是不可能的。因此，編程過程中，函數(shù)式編程只要求把I/O限制到最小，不要有不必要的讀寫行為，保持計(jì)算過程的單純性。

3. 沒有"副作用"

所謂"副作用"（side effect），指的是函數(shù)內(nèi)部與外部互動（最典型的情況，就是修改全局變量的值），產(chǎn)生運(yùn)算以外的其他結(jié)果。

函數(shù)式編程強(qiáng)調(diào)沒有"副作用"，意味著函數(shù)要保持獨(dú)立，所有功能就是返回一個新的值，沒有其他行為，尤其是不得修改外部變量的值。

4. 不修改狀態(tài)

上一點(diǎn)已經(jīng)提到，函數(shù)式編程只是返回新的值，不修改系統(tǒng)變量。因此，不修改變量，也是它的一個重要特點(diǎn)。

在其他類型的語言中，變量往往用來保存"狀態(tài)"（state）。不修改變量，意味著狀態(tài)不能保存在變量中。函數(shù)式編程使用參數(shù)保存狀態(tài)，最好的例子就是遞歸。下面的代碼是一個將字符串逆序排列的函數(shù)，它演示了不同的參數(shù)如何決定了運(yùn)算所處的"狀態(tài)"。

function reverse (string) { 
 
if (string.length == 0) { 
 
return string; 
 
} else { 
 
return reverse (string.substring (1, string.length)) + string.substring (0, 1); 
 
} 
 
} 

由于使用了遞歸，函數(shù)式語言的運(yùn)行速度比較慢，這是它長期不能在業(yè)界推廣的主要原因。

5. 引用透明

引用透明（Referential transparency），指的是函數(shù)的運(yùn)行不依賴于外部變量或"狀態(tài)"，只依賴于輸入的參數(shù)，任何時候只要參數(shù)相同，引用函數(shù)所得到的返回值總是相同的。

有了前面的第三點(diǎn)和第四點(diǎn)，這點(diǎn)是很顯然的。其他類型的語言，函數(shù)的返回值往往與系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān)，不同的狀態(tài)之下，返回值是不一樣的。這就叫"引用不透明"，很不利于觀察和理解程序的行為。

三、意義

函數(shù)式編程到底有什么好處，為什么會變得越來越流行？

1. 代碼簡潔，開發(fā)快速

函數(shù)式編程大量使用函數(shù)，減少了代碼的重復(fù)，因此程序比較短，開發(fā)速度較快。

Paul Graham 在《黑客與畫家》一書中寫道：同樣功能的程序，極端情況下，Lisp 代碼的長度可能是C代碼的二十分之一。

如果程序員每天所寫的代碼行數(shù)度基本相同，這就意味著，"C語言需要一年時間完成開發(fā)某個功能，Lisp 語言只需要不到三星期。反過來說，如果某個新功能，Lisp 語言完成開發(fā)需要三個月，C語言需要寫五年。"當(dāng)然，這樣的對比故意夸大了差異，但是"在一個高度競爭的市場中，即使開發(fā)速度只相差兩三倍，也足以使得你 永遠(yuǎn)處在落后的位置。"

2. 接近自然語言，易于理解

函數(shù)式編程的自由度很高，可以寫出很接近自然語言的代碼。

前文曾經(jīng)將表達(dá)式(1 + 2) * 3 - 4，寫成函數(shù)式語言：

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

對它進(jìn)行變形，不難得到另一種寫法：

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

這基本就是自然語言的表達(dá)了。再看下面的代碼，大家應(yīng)該一眼就能明白它的意思吧：

merge ([1,2],[3,4]) .sort () .search ("2") 

因此，函數(shù)式編程的代碼更容易理解。

3. 更方便的代碼管理

函數(shù)式編程不依賴、也不會改變外界的狀態(tài)，只要給定輸入?yún)?shù)，返回的結(jié)果必定相同。因此，每一個函數(shù)都可以被看做獨(dú)立單元，很有利于進(jìn)行單元測試（unit testing）和除錯（debugging），以及模塊化組合。

4. 易于"并發(fā)編程"

函數(shù)式編程不需要考慮"死鎖"（deadlock），因?yàn)樗恍薷淖兞?，所以根本不存?quot;鎖"線程的問題。不必?fù)?dān)心一個線程的數(shù)據(jù)，被另一個線程修改，所以可以很放心地把工作分?jǐn)偟蕉鄠€線程，部署"并發(fā)編程"（concurrency）。

請看下面的代碼：

var s1 = Op1(); 
 
var s2 = Op2(); 
 
var s3 = concat (s1, s2); 

由于 s1 和 s2 互不干擾，不會修改變量，誰先執(zhí)行是無所謂的，所以可以放心地增加線程，把它們分配在兩個線程上完成。其他類型的語言就做不到這一點(diǎn)，因?yàn)?s1 可能會修改系統(tǒng)狀態(tài)，而 s2 可能會用到這些狀態(tài)，所以必須保證 s2 在 s1 之后運(yùn)行，自然也就不能部署到其他線程上了。

多核CPU是將來的潮流，所以函數(shù)式編程的這個特性非常重要。

5. 代碼的熱升級

函數(shù)式編程沒有副作用，只要保證接口不變，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是外部無關(guān)的。所以，可以在運(yùn)行狀態(tài)下直接升級代碼，不需要重啟，也不需要停機(jī)。Erlang 語言早就證明了這一點(diǎn)，它是瑞典愛立信公司為了管理電話系統(tǒng)而開發(fā)的，電話系統(tǒng)的升級當(dāng)然是不能停機(jī)的。

原文鏈接：http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/04/functional_programming.html