函數式編程初探

最近初學swift，和OC比，發現語言更現代，也有了更多的特性。如何寫好swift代碼，也許，熟練使用新特性寫出更優秀的代碼，就是答案。今天先從大的方向談談swift中的編程範式-函數式編程。主要還是讀了大佬帖子，寫寫自己的理解。

什麼是函數式編程

"函數式編程"是一種"編程範式"（programming paradigm），也就是如何編寫程序的方法論。

它屬於"結構化編程"的一種，主要思想是把運算過程儘量寫成一系列嵌套的函數調用。

它使代碼更像自然語言，告訴程序員要幹什麼，而不是怎麼幹，把怎麼幹的細節拆分到各個函數中。調用的地方邏輯清晰，便於debug。

舉例來說，現在有這樣一個數學表達式：

　　(1 + 2) * 3 - 4

傳統的過程式編程，可能這樣寫：

var a = 1 + 2;

var b = a * 3;

var c = b - 4;

函數式編程要求使用函數，我們可以把運算過程定義爲不同的函數，然後寫成下面這樣：

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

這就是函數式編程。

爲什麼使用函數式編程

代碼簡潔，開發快速函數式編程大量使用函數，減少了代碼的重複，因此程序比較短，開發速度較快。
接近自然語言，易於理解函數式編程的自由度很高，可以寫出很接近自然語言的代碼。我們把程序的邏輯分成了幾個函數，這樣一來，我們的代碼邏輯也會變得幾個小碎片，於是我們讀代碼時要考慮的上下文就少了很多，閱讀代碼也會更容易。而把代碼邏輯封裝成了函數後，我們就相當於給每個相對獨立的程序邏輯取了個名字，於是代碼成了自解釋的。前文曾經將表達式(1 + 2) * 3 - 4，寫成函數式語言：對它進行變形，不難得到另一種寫法：　　add(1,2).multiply(3).subtract(4)

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

更方便的代碼管理函數式編程不依賴、也不會改變外界的狀態，只要給定輸入參數，返回的結果必定相同。因此，每一個函數都可以被看做獨立單元，很有利於進行單元測試（unit testing）和除錯（debugging），以及模塊化組合。
易於"併發編程" 函數式編程不需要考慮"死鎖"（deadlock），因爲它不修改變量，所以根本不存在"鎖"線程的問題。不必擔心一個線程的數據，被另一個線程修改，所以可以很放心地把工作分攤到多個線程，部署"併發編程"（concurrency）。

函數式編程的一些重要概念

函數是"第一等公民"

所謂"第一等公民"（first class），指的是函數與其他數據類型一樣，處於平等地位，可以賦值給其他變量，也可以作爲參數，傳入另一個函數，或者作爲別的函數的返回值。

舉例來說，下面代碼中的print變量就是一個函數，可以作爲另一個函數的參數。

var print = function(i){ console.log(i);};

[1,2,3].forEach(print);

函數（function)和procedure是有區別的

函數(function)這個名詞來自於數學，函數通過一個給定的值，計算出另外一個值，也就是上學時常見的f(x)。

在通常的理解中，下面代碼裏面，f1，f2，f3通常都被叫做函數：

//僞代碼 函數無入參，返回2
def f1(): return 2
//函數有參數x，返回 x+1
def f2(int x): return x+1
//函數無入參，無返回值，打印hello world
def f3(): print("hello world")

複製代碼但實際上，函數（function)和procedure是有區別的： function 通過運算返回一個值，而procedure只執行一段代碼，沒有返回值。這一點對於後面的理解是非常有幫助的，首先要區分出二者。

再回到上面的代碼中，f1，f2，爲function而f3爲procedure。

Pure Function（純函數）

Pure：純的；單純的；純真的；乾淨的我們將滿足下面兩個條件的函數稱作Pure Function：

函數不會產生side effect(no side effect)
函數滿足referential transparency這個條件（原諒我不會翻譯這兩個名詞）

Side effect 函數調用後不會對外部狀態產生影響,比如下面這段代碼中sum函數是no side effect的：產生side effect的函數長成什麼樣呢？其實經常會寫這樣的函數： int sum = 0 def plus(a,b){ sum = a + b return sum } plus函數除了計算參數之和以外，還改變了外部變量sum的值，我們plus這個函數產生了side effect。常見的Side effect

def sum(a,b): return a+b

改變外部變量的值（上面的例子中plus函數）
像磁盤中寫入數據
將頁面上的一個按鈕設置爲可點擊，或者不可點擊前面提到function和procedure的不同點，在side effect這個角度來講，pure funcion不會產生side effect，procedure通常會產生side effect。滿足Referential Transparency的函數可以將可以將用函數計算的結果替換表達式本身，而不影響程序的邏輯。給定指定的參數，在任何時候返回的值都是相同的。不受其他外部條件影響。兩者說的意思是一樣的，只是表達的角度是不同的舉個滿足RT的例子下面這段代碼中的f()是滿足RT的函數,按照上面的解釋，我們可以將f()的結果也就是2替換掉f()，不會影響程序本身的邏輯： def f(): return 2 print(2 + f()) print(2) 或者這樣替換： def f(): return 2 print(f() + 2) print(2) 從另一個角度說，f()這個函數無論在什麼時候調用，返回的值都是一樣的，不會發生改變（沒有外部條件影響）舉個不滿足RT的例子 int counter = 0 def f(x){ counter += 1 return x + counter } 這個例子中，f(x)這個函數不滿足RT 下面的代碼中，當我們用f(1)的計算結果一次替換代碼中f(1)本身時，程序的邏輯是錯誤的： //原始的代碼執行結果是：3 f(1) + f(1) //把f(1)的結果1替換進來，下面函數執行的結果是：2 f(1) + 1 //同樣，得到2 1 + f(1) //得到2 1 + 1 我們不能用執行的結果替換函數本身，換個角度，下面兩行代碼執行的結果也不同 f(1) + f(1) 2 * f(1) 雖然入參都爲1，但f(1)在不同時候調用得到的結果不同，因此f不滿足RT這個條件回到pure function,理解了side effect 和 referential transparency的含義，我們再來重溫pure function的定義，就很好理解了：

def f(): return 2

print(f() + f())
print(2)

No side effect
Referential transparency 滿足這兩個條件的函數，稱之爲pure function

引用透明

引用透明（Referential transparency），指的是函數的運行不依賴於外部變量或"狀態"，只依賴於輸入的參數，任何時候只要參數相同，引用函數所得到的返回值總是相同的。

有了前面的第三點和第四點，這點是很顯然的。其他類型的語言，函數的返回值往往與系統狀態有關，不同的狀態之下，返回值是不一樣的。這就叫"引用不透明"，很不利於觀察和理解程序的行爲。

swift中函數式編程的應用

高階函數

先說兩個概念型的名詞：

高階函數（high order func），指可以將其他函數作爲參數或者返回結果的函數。

一級函數（first class func），指可以出現在任何其他構件（比如變量）地方的函數。

map

map { (Element) -> Element in
    對 element 進行處理
}

一般用在集合類型，對集合裏的元素進行遍歷，函數體裏實現對每一個元素的操作。

var arr = [1,3,2,4]
let mapres = arr.map {
    "NO." + String($0)
}

// 運行結果：["NO.1", "NO.3", "NO.2", "NO.4"]

reduce

reduce(Result) { (Result, Element) -> Result in
    基於 Result 對當前的 Element 進行操作，並返回新的 Result
}

一般用在集合類型，對集合裏的元素進行疊加處理，函數體裏傳兩個參數，第一個是之前的疊加結果，第二個是當前元素，返回值是對當前元素疊加後的結果。

// 對數組裏的元素：奇數相加，偶數相乘
var arr = [1,3,2,4]
let reduceRes = arr.reduce((0,1)) { (a:(Int,Int), t:Int) -> (Int,Int) in
    if t % 2 == 1 {
        return (a.0 + t, a.1)
    } else {
        return (a.0, a.1 * t)
    }
}
// 運行結果：(4,8)

filter

filter { (Element) -> Bool
    對元素的篩選條件，返回 Bool
}

一般用在集合類型，對集合裏的元素進行篩選。函數體裏實現篩選條件，返回 true 的元素通過篩選。

var arr = [1,3,2,4]
let filterRes = arr.filter {
    $0 % 2 == 0
}
// 運行結果：[2,4]

flatMap

首先先看下 Swift 源碼裏對集合數組的map和flatmap的實現：

// Sequence.swift
extension Sequence {
    public func map<T>(_ transform: (Element) -> T) -> [T] {}
}

// SequenceAlgorithms.swift.gyb
extension Sequence {
    public func flatMap<T>(_ transform: (Element) -> T?) -> [T] {}
    public func flatMap<S : Sequence>(_ transform: (Element) -> S) -> [S.Element] {}
}

前面我們已經知道，map是一種遍歷，而上面的代碼又顯示出來，flatmap有兩種重載的函數：

其中一種與map非常相似，差別只在閉包裏的返回值變成了可選類型。另一種稍微有點不同，閉包傳入的是數組，最後返回的是數組的元素組成的集合。

// map
let arr = [1,2,nil,4,nil,5]
let arrRes = arr.map { $0 } // 結果爲：[Optional(1), Optional(2), nil, Optional(4), nil, Optional(5)]

// flatmap
let brr = [1,2,nil,4,nil,5]
let brrRes = brr.flatmap { $0 } // 結果爲：[1, 2, 4, 5]

let crr = [[1,2,4],[5,3,2]]
let ccRes = crr.flatmap { $0 } // 結果爲：[1, 2, 4, 5, 3, 2]
let cdRes = crr.flatmap { c in
    c.map { $0 * $0 }
} // 結果爲[1, 4, 16, 25, 9, 4]

// 使用 map 實現的上面平鋪功能
let ceRes = Array(crr.map{ $0 }.joined()) // 同 ccRes
let cfRes = Array(crr.map{ $0 }.joined()).map{ $0 * $0 } // 同 cdRes

簡單理解爲，flatMap可以將多維數組平鋪，也還以過濾掉一維數組中的nil元素。

map和flatMap不只在數組中可以使用，對於 Optional 類型也是可以進行操作的。先看下面這個例子：

let a: Date? = Date()
let formatter = DateFormatter()
formatter.dateStyle = .medium

let c = a.map(formatter.string(from:))
let d = a == nil ? nil : formatter.string(from: a!)
c 和 d 是兩種不同的寫法，c 寫法是不是更優雅一些?

swift之函數式編程

函數式編程初探

什麼是函數式編程

爲什麼使用函數式編程

函數式編程的一些重要概念

函數是"第一等公民"

函數（function)和procedure是有區別的

Pure Function（純函數）

引用透明

swift中函數式編程的應用

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