用纯函数式思维在Java8下写的一段奇葩程序

首先说一下什么是纯函数式。在我的理解，“纯函数式”用一句话就可以描述：Anything is value.——我的理解不一定准确，但我就是这么理解的。

就是所有的东西都是值——没有变量；包括函数在内都是值——是值，就可以传递（包括函数）。

 

为什么说这段程序是奇葩呢？

其一、传统的Java是面向对象的，自从Java8中加入了lambda，Java就变成了“面向对象”和“函数式”两种方式的混合语言。这段程序全部使用lambda的语法来写，与平常写的Java风格完全不同。

其二、在Java的对象中保存数据通常是用对象的属性，lambda表达式本质上仍然是对象，但它并没有属性，但我们却成功的在lambda中保存了数据，这相对于传统的Java编程思维也是一种跳跃。

其三、在Scheme中实现同样的函数（或lambda）非常简洁，也很容易读，而在Java中的实现，可读性好差，以致于我自己都快看不懂了，所以说是“奇葩”。

 

这段程序用两种方式实现了同样的功能：

1.实现一个函数cons，这个函数有两个参数x和y，并返回一个东西（这个东西以下简称为c）。

2.实现一个函数car，传入c，并返回原来传入cons中的x。

3.实现一个函数cdr，传入c，并返回原来传入cons中的y。

这实际上是Scheme中自带的“序偶”，不过即使Scheme语言本身的库不自带cons，我们自己实现也是很简单的（下面的程序中，我在注释部分列出了Scheme的实现）；Java骨子里是面向对象的基因，如果用面向对象的方式来实现上述功能是非常简单的，但用lambda的语法来实现就显得奇葩了。

 

下面先把奇葩贴出来，然后在后面的注释中解释一下：

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import java.util.function.BiFunction;
import java.util.function.Function;

public class TestCons {

    public static void main(String[] args) {
        testCons1();
        testCons2();
    }

    private static void testCons1() {
        /*
        (define (cons x y)
          (lambda (m)
            (cond ((= m 0) x)
                  (else y))))
        (define (car z) (z 0))
        (define (cdr z) (z 1))
        上面几行Scheme代码翻译成Java是如下三行代码
         */
        BiFunction<Object, Object, Function<Integer, Object>> cons = (x, y) -> m -> m == 0 ? x : y; // 注释1
        Function<Function, Object> car = z -> z.apply(0); // 注释2
        Function<Function, Object> cdr = z -> z.apply(1); // 注释3

        Function c = cons.apply(3, "abc"); // 调用cons，并传入两个值，创建了对象c
        System.out.println(car.apply(c)); // 从c中取出第一个值
        System.out.println(cdr.apply(c)); // 从c中取出第二个值
    }

    private static void testCons2() {
        /*
        (define (cons x y)
          (lambda (m) (m x y)))
        (define (car z)
          (z (lambda (p q) p)))
        (define (cdr z)
          (z (lambda (p q) q)))
        上面几行Scheme代码翻译成Java是如下三行代码
         */
        BiFunction<Object, Object, Function<BiFunction, Object>> cons = (x, y) -> f -> f.apply(x, y); // 注释4
        Function<Function<BiFunction, Object>, Object> car = f -> f.apply((a, b) -> a); // 注释5
        Function<Function<BiFunction, Object>, Object> cdr = f -> f.apply((a, b) -> b); // 注释6

        Function c = cons.apply(3, "abc"); // 调用cons，并传入两个值，创建了对象c
        System.out.println(car.apply(c)); // 从c中取出第一个值
        System.out.println(cdr.apply(c)); // 从c中取出第二个值
    }
}

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注释1：此行创建一个叫cons的lambda表达式，此表达式有两个参数x和y，并返回另外一个lambda，这个lambda有一个整数类型的参数m，且当m为0时，返回x，否则返回y。

注释2：此行创建一个叫car的lambda，此lambda有一个参数，且这个参数也是一个lambda（z），car的lambda体中是把0传入z中，并得到返回值。

结合“注释1”和“注释2”这两行，我们可以这样解释：cons返回的lambda可以做为car的参数。

注释3：和“注释2”差不多，不再缀述。

注释4：此行创建一个叫cons的lambda，此lambda有两个参数x和y，反返回另外一个lambda，这个lambda有一个参数，且这个参数也是一个lambda（f），在cons返回值的lambda体中应用f，并把cons的两个参数做为f的两个参数——相当拗口——简单点说就是cons并不做什么，只是把x和y，交给一个lambda，而这个lambda也不做什么，只是等着另外一个lambda（f）来处理x和y，而这个f要通过参数传过来。

注释5：此行创建一个小car的lambda，此lambda有一个参数（此参数可传入cons返回的lambda），从“注释4”中我们知道cons返回的lambda还需要一个lambda做为参数来处理两个参数，所以我们传入一个(a, b) –> a，这里在a和b中返回前者，这就是car的目的。

注释6：和“注释5”差不多，不再缀述。

 

到处都是lambda，很难读，但在Scheme中完全一样的算法实现就很简洁，可读性很好，这是为什么呢？

我认为这是S表达式的语法结构形成的效果——S表达式是以数据结构的方式存储程序的，这样的情况下，假设Scheme中没有lambda，此时我们要扩展编译器来支持lambda，则我们不需要修改编译器的parser部分——但Java的lambda没有办法与现有的其它语法的结构一样，所以就只能新增新的语法结构了，但又要与原有的基因融合，这样虽然lambda在本质上仍然是对象，但在表现形式上与原有的Java却有很大的排异反应。

这不是一两句话能说得明白的，也有点扯远了。

 

下面再演示一个邱奇计数的例子，这个就不写注释了：

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import java.util.function.Function;

public class testChurchNum {
    public static void main(String[] args) {
        Function<Function<Function<Object, Object>, Function>, Function<Function<Object, Object>, Function>>
                add_1 = n -> f -> x -> f.apply(n.apply(f).apply(x));

        Function<Function<Object, Object>, Function> zero = f -> x -> x;
        Function<Function<Object, Object>, Function> one = add_1.apply(zero);
        Function<Function<Object, Object>, Function> tow = add_1.apply(one);
        Function<Function<Object, Object>, Function> one_1 = f -> x -> f.apply(x);
        Function<Function<Object, Object>, Function> tow_1 = f -> x -> f.apply(f.apply(x));

        Function f = x -> (((Integer) x) + 1);
        System.out.println(zero.apply(f).apply(0));
        System.out.println(one.apply(f).apply(0));
        System.out.println(one_1.apply(f).apply(0));
        System.out.println(tow.apply(f).apply(0));
        System.out.println(tow_1.apply(f).apply(0));
    }
}

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