JavaScript函数式编程（二）

上一篇文章 JavaScript函数式编程（一）   里我们提到了纯函数的概念，所谓的纯函数就是，对于相同的输入，永远会得到相同的输出，而且没有任何可观察的副作用，也不依赖外部环境的状态（我偷懒复制过来的）。

但是实际的编程中，特别是前端的编程范畴里，“不依赖外部环境”这个条件是根本不可能的，我们总是不可避免地接触到 DOM、AJAX 这些状态随时都在变化的东西。所以我们需要用更强大的技术来干这些脏活。

一、容器、Functor

如果你熟悉 jQuery 的话，应该还记得，$(...) 返回的对象并不是一个原生的 DOM 对象，而是对于原生对象的一种封装：

var foo = $('#foo');
 
foo == document.getElementById('foo');
//=> false

foo[0] == document.getElementById('foo');
//=> true

 

这在某种意义上就是一个“容器”（但它并不函数式）。

接下类我们会看到，容器为函数式编程里普通的变量、对象、函数提供了一层极其强大的外衣，赋予了它们一些很惊艳的特性，就好像 Tony Stark 的钢铁外衣，Dva 的机甲，明日香的2号机一样。

下面我们就来写一个最简单的容器吧：

var Container = function(x) {
 
this.__value = x;
 
}
 
Container.of = x => new Container(x);
 
 
 
//试试看
 
Container.of(1);
 
//=> Container(1)
 
 
 
Container.of('abcd');
 
//=> Container('abcd')

 

我们调用 Container.of 把东西装进容器里之后，由于这一层外壳的阻挡，普通的函数就对他们不再起作用了，所以我们需要加一个接口来让外部的函数也能作用到容器里面的值：

 
Container.prototype.map = function(f){
 
return Container.of(f(this.__value))
 
}

 

我们可以这样使用它：

Container.of(3)
 
.map(x => x + 1) //=> Container(4)
 
.map(x => 'Result is ' + x); //=> Container('Result is 4')

 

没错！我们仅花了 7 行代码就实现了很炫的『链式调用』，这也是我们的第一个 Functor。

Functor（函子）是实现了 map 并遵守一些特定规则的容器类型。

也就是说，如果我们要将普通函数应用到一个被容器包裹的值，那么我们首先需要定义一个叫 Functor 的数据类型，在这个数据类型中需要定义如何使用 map 来应用这个普通函数。

把东西装进一个容器，只留出一个接口 map 给容器外的函数，这么做有什么好处呢？

本质上，Functor 是一个对于函数调用的抽象，我们赋予容器自己去调用函数的能力。当 map 一个函数时，我们让容器自己来运行这个函数，这样容器就可以自由地选择何时何地如何操作这个函数，以致于拥有惰性求值、错误处理、异步调用等等非常牛掰的特性。

举个例子，我们现在为 map 函数添加一个检查空值的特性，这个新的容器我们称之为 Maybe（原型来自于Haskell）：

 
var Maybe = function(x) {
 
this.__value = x;
 
}
 
 
 
Maybe.of = function(x) {
 
return new Maybe(x);
 
}
 
 
 
Maybe.prototype.map = function(f) {
 
return this.isNothing() ? Maybe.of(null) : Maybe.of(f(this.__value));
 
}
 
 
 
Maybe.prototype.isNothing = function() {
 
return (this.__value === null || this.__value === undefined);
 
}
 
 
 
//试试看
 
import _ from 'lodash';
 
var add = _.curry(_.add);
 
 
 
Maybe.of({name: "Stark"})
 
.map(_.prop("age"))
 
.map(add(10));
 
//=> Maybe(null)
 
 
 
Maybe.of({name: "Stark", age: 21})
 
.map(_.prop("age"))
 
.map(add(10));
 
//=> Maybe(31)

 

看了这些代码，觉得链式调用总是要输入一堆 .map(...) 很烦对吧？这个问题很好解决，还记得我们上一篇文章里介绍的柯里化吗？

有了柯里化这个强大的工具，我们可以这样写：

 
import _ from 'lodash';
 
var compose = _.flowRight;
 
var add = _.curry(_.add);
 
 
 
// 创造一个柯里化的 map
 
var map = _.curry((f, functor) => functor.map(f));
 
 
 
var doEverything = map(compose(add(10), _.property("age")));
 
 
 
var functor = Maybe.of({name: "Stark", age: 21});
 
doEverything(functor);
 
//=> Maybe(31)

 

二、错误处理、Either

现在我们的容器能做的事情太少了，它甚至连做简单的错误处理都做不到，现在我们只能类似这样处理错误：

 
try{
 
doSomething();
 
}catch(e){
 
// 错误处理
 
}

 

try/catch/throw 并不是“纯”的，因为它从外部接管了我们的函数，并且在这个函数出错时抛弃了它的返回值。这不是我们期望的函数式的行为。

如果你对 Promise 熟悉的话应该还记得，Promise 是可以调用 catch 来集中处理错误的：

 
doSomething()
 
.then(async1)
 
.then(async2)
 
.catch(e => console.log(e));

 

对于函数式编程我们也可以做同样的操作，如果运行正确，那么就返回正确的结果；如果错误，就返回一个用于描述错误的结果。这个概念在 Haskell 中称之为 Either 类，Left 和 Right 是它的两个子类。我们用 JS 来实现一下：

 
// 这里是一样的=。=
 
var Left = function(x) {
 
this.__value = x;
 
}
 
var Right = function(x) {
 
this.__value = x;
 
}
 
 
 
// 这里也是一样的=。=
 
Left.of = function(x) {
 
return new Left(x);
 
}
 
Right.of = function(x) {
 
return new Right(x);
 
}
 
 
 
// 这里不同！！！
 
Left.prototype.map = function(f) {
 
return this;
 
}
 
Right.prototype.map = function(f) {
 
return Right.of(f(this.__value));
 
}

 

下面来看看 Left 和 Right 的区别吧：

 
Right.of("Hello").map(str => str + " World!");
 
// Right("Hello World!")
 
 
 
Left.of("Hello").map(str => str + " World!");
 
// Left("Hello")

 

Left 和 Right 唯一的区别就在于 map 方法的实现，Right.map 的行为和我们之前提到的 map 函数一样。但是 Left.map 就很不同了：它不会对容器做任何事情，只是很简单地把这个容器拿进来又扔出去。这个特性意味着，Left 可以用来传递一个错误消息。

 
var getAge = user => user.age ? Right.of(user.age) : Left.of("ERROR!");
 
 
 
//试试
 
getAge({name: 'stark', age: '21'}).map(age => 'Age is ' + age);
 
//=> Right('Age is 21')
 
 
 
getAge({name: 'stark'}).map(age => 'Age is ' + age);
 
//=> Left('ERROR!')

 

是的，Left 可以让调用链中任意一环的错误立刻返回到调用链的尾部，这给我们错误处理带来了很大的方便，再也不用一层又一层的 try/catch。

Left 和 Right 是 Either 类的两个子类，事实上 Either 并不只是用来做错误处理的，它表示了逻辑或，范畴学里的 coproduct。但这些超出了我们的讨论范围。

三、IO

下面我们的程序要走出象牙塔，去接触外面“肮脏”的世界了，在这个世界里，很多事情都是有副作用的或者依赖于外部环境的，比如下面这样：

 
function readLocalStorage(){
 
return window.localStorage;
 
}

 

这个函数显然不是纯函数，因为它强依赖外部的 window.localStorage 这个对象，它的返回值会随着环境的变化而变化。为了让它“纯”起来，我们可以把它包裹在一个函数内部，延迟执行它：

function readLocalStorage(){
 
return function(){
 
return window.localStorage;
 
}
 
}

 

这样 readLocalStorage 就变成了一个真正的纯函数！ OvO为机智的程序员鼓掌！

额……好吧……好像确实没什么卵用……我们只是（像大多数拖延症晚期患者那样）把讨厌做的事情暂时搁置了而已。为了能彻底解决这些讨厌的事情，我们需要一个叫 IO 的新的 Functor：

 
import _ from 'lodash';
 
var compose = _.flowRight;
 
 
 
var IO = function(f) {
 
this.__value = f;
 
}
 
 
 
IO.of = x => new IO(_ => x);
 
 
 
IO.prototype.map = function(f) {
 
return new IO(compose(f, this.__value))
 
};

 

IO 跟前面那几个 Functor 不同的地方在于，它的 __value 是一个函数。它把不纯的操作（比如 IO、网络请求、DOM）包裹到一个函数内，从而延迟这个操作的执行。所以我们认为，IO 包含的是被包裹的操作的返回值。

 
var io_document = new IO(_ => window.document);
 
 
 
io_document.map(function(doc){ return doc.title });
 
//=> IO(document.title)

 

注意我们这里虽然感觉上返回了一个实际的值 IO(document.title)，但事实上只是一个对象：{ __value: [Function] }，它并没有执行，而是简单地把我们想要的操作存了起来，只有当我们在真的需要这个值得时候，IO 才会真的开始求值，这个特性我们称之为『惰性求值』。（培提尔其乌斯：“这是怠惰啊！”）

是的，我们依然需要某种方法让 IO 开始求值，并且把它返回给我们。它可能因为 map 的调用链积累了很多很多不纯的操作，一旦开始求值，就可能会把本来很干净的程序给“弄脏”。但是去直接执行这些“脏”操作不同，我们把这些不纯的操作带来的复杂性和不可维护性推到了 IO 的调用者身上（嗯就是这么不负责任）。

下面我们来做稍微复杂点的事情，编写一个函数，从当前 url 中解析出对应的参数。

 
import _ from 'lodash';
 
 
 
// 先来几个基础函数：
 
// 字符串
 
var split = _.curry((char, str) => str.split(char));
 
// 数组
 
var first = arr => arr[0];
 
var last = arr => arr[arr.length - 1];
 
var filter = _.curry((f, arr) => arr.filter(f));
 
//注意这里的 x 既可以是数组，也可以是 functor
 
var map = _.curry((f, x) => x.map(f));
 
// 判断
 
var eq = _.curry((x, y) => x == y);
 
// 结合
 
var compose = _.flowRight;
 
 
 
 
 
var toPairs = compose(map(split('=')), split('&'));
 
// toPairs('a=1&b=2')
 
//=> [['a', '1'], ['b', '2']]
 
 
 
var params = compose(toPairs, last, split('?'));
 
// params('http://xxx.com?a=1&b=2')
 
//=> [['a', '1'], ['b', '2']]
 
 
 
// 这里会有些难懂=。= 慢慢看
 
// 1.首先，getParam是一个接受IO(url)，返回一个新的接受 key 的函数；
 
// 2.我们先对 url 调用 params 函数，得到类似[['a', '1'], ['b', '2']]
 
// 这样的数组；
 
// 3.然后调用 filter(compose(eq(key), first))，这是一个过滤器，过滤的
 
// 条件是 compose(eq(key), first) 为真，它的意思就是只留下首项为 key
 
// 的数组；
 
// 4.最后调用 Maybe.of，把它包装起来。
 
// 5.这一系列的调用是针对 IO 的，所以我们用 map 把这些调用封装起来。
 
var getParam = url => key => map(compose(Maybe.of, filter(compose(eq(key), first)), params))(url);
 
 
 
// 创建充满了洪荒之力的 IO！！！
 
var url = new IO(_ => window.location.href);
 
// 最终的调用函数！！！
 
var findParam = getParam(url);
 
 
 
// 上面的代码都是很干净的纯函数，下面我们来对它求值，求值的过程是非纯的。
 
// 假设现在的 url 是 http://xxx.com?a=1&b=2
 
// 调用 __value() 来运行它！
 
findParam("a").__value();
 
//=> Maybe(['a', '1'])

 

四、总结

如果你还能坚持看到这里的话，不管看没看懂，已经是勇士了。在这篇文章里，我们先后提到了 Maybe、Either、IO 这三种强大的 Functor，在链式调用、惰性求值、错误捕获、输入输出中都发挥着巨大的作用。事实上 Functor 远不止这三种，但由于篇幅的问题就不再继续介绍了（哼才不告诉你其实是因为我还没看懂其它 Functor 的原理）

但依然有问题困扰着我们：

1. 如何处理嵌套的 Functor 呢？（比如 Maybe(IO(42))）

2. 如何处理一个由非纯的或者异步的操作序列呢？

在这个充满了容器和 Functor 的世界里，我们手上的工具还不够多，函数式编程的学习还远远没有结束，在下一篇文章里会讲到 Monad 这个神奇的东西（然而我也不知道啥时候写下一篇，估计等到实习考核后吧OvO）。

五、参考

1、https://github.com/MostlyAdequate/mostly-adequate-guide

2、http://www.ibm.com/developerworks/cn/web/1006_qiujt_jsfunctional/

3、《JavaScript函数式编程》【美】迈克尔·佛格斯