函数式编程简介 ============================================================ > 我们来解释函数式编程的什么,它的优点是哪些,并且寻找一些函数式编程的学习资源。 ![Introduction to functional programming ](https://opensource.com/sites/default/files/styles/image-full-size/public/lead-images/lightbulb_computer_person_general_.png?itok=BRGJXU7e" 函数式编程简介 ") 图片来源于:  opensource.com 根据您的问题来回答,  _函数式编程_  (FP) 是一种开放的程序设计方法,理应广泛传播或者流行于理论学术中,在现实中没有实际的作用。在这篇文章中我来讲解函数式编程,探究其优点,并推荐学习函数式编程的资源。 ### 语法入门 本文的代码示例使用的是 [Haskell][40] 编程语言。因而你需要理解这篇文章的基本函数语法: ``` even :: Int -> Bool even = ... -- implementation goes here ``` 示例定义了含有一个参数的函数 **even** ,第一行是 _类型声明_ 具体来说就是 **even** 函数接受一个 int 类型的参数返回一个 bool 类型的值,由一个或多个方法实现,在这里我们将忽略具体实现方法(名称和类型已经足够了): ``` map :: (a -> b) -> [a] -> [b] map = ... ``` 这个示例, **map** 是一个有两个参数的函数: 1. **(a -> b)** : 将**a** 转换成 **b** 的匿名函数 2. **[a]**: 将匿名函数作用到 **[a]** (List 序列与其它语言的数组对应)的每一个元素上,将每次所得结果放到另一个 **[b]** ,最后返回这个结果 **[b]** 。 同样我们不去关心是要如何实现,我们只感兴趣它的定义类型。 **a** 和 **b** 是任何一种的的 _类型变量_ 。就像上一个示例中, **a** 是 **Int** 类型, **b** 是 **Bool** 类型: ```   map even [1,2,3] ``` 这个是一个bool类型的序列: ```   [False,True,False] ``` 如果你看到你不理解的其他语法,不要惊慌;对语法的充分理解不是必要的。 ### 函数式编程的误区 编程与开发 * [我们最新的 JavaScript 文章][1] * [最近 Perl 的帖子][2] * [新的 Python 内容][3] * [红帽开发者博客][4] * [红帽开发者工具][5] 我们先来解释一下常见的误区: * 函数式编程不是像命令行编程或者面向对象编程一样对立,这些都是虚假的。 * 函数式编程不仅仅是学术领域在其他领域也有使用。这是真的,在函数式编程的历史中,如像Haskell和OCaml语言是最流行的研究。但是今天许多公司使用函数式编程来处理大型系统,小型专业程序,以及两者之间的一切。甚至还有一个面向函数式编程的商业用户的年度会议;过去的程序让我们了解了函数式编程在工业中的用途,以及由谁来使用它。 * 函数式编程与monads无关 ,也不是任何其他特殊的抽象。对于围绕这个monad只是一个抽象的规定,有些是有些也的不是。 * 函数式编程不是特别难学的。有些语言可能与您已经知道的语法不同,但这些差异是浅显的。函数式编程中有dense的概念,但其他方法也是如此。(这里的dense不懂什么意思,校对者注意一下) ### 什么是函数式编程? 核心是函数式编程是只使用_纯粹_的数学函数编程,函数的结果取决于参数,就像 I/O 或者状态转换这样。程序是通过 _组合函数_ 的方法构建的: ``` (.) :: (b -> c) -> (a -> b) -> (a -> c) (g . f) x = g (f x) ``` 这个_(.)_ 表示的是二个函数组合成一个,将 **g** 作用到 **f** 上。我们将在下一个示例中看到它的使用。这里使用 Python 中的函数: ``` def compose(g, f): return lambda x: g(f(x)) ``` 函数式编程的优点在于:由于函数是确定的,所以可以用应用程序的结果替换函数,这种替代等价于使用使 _等式推理_ 。每个程序员都有使用自己代码和别人代码的理由,而等式推理就是解决这样问题不错的工具。来看一个示例。等你遇到这个问题: ```   map even . map (+1) ``` 这段代码是做什么的?可以简化吗?通过等式推理,可以通过一系列替换来分析代码: ``` map even . map (+1) map (even . (+1)) -- from definition of 'map' map (\x -> even (x + 1)) -- lambda abstraction map odd -- from definition of 'even' ``` 我们可以使用等式推理来理解程序并优化。Haskell编译器使用等式推理进行多种方案的优化。没有纯粹的函数,等式推理是不可能的,或者需要程序员更多的努力。 ### 函数式编程语言 你需要一种编程语言来做函数式编程。 在没有高阶函数(传递函数作为参数和返回函数的能力)的语言中有意义地进行函数式编程, _lambdas_ (匿名函数)和泛型是困难的。 大多数现代语言都有这些,但在不同语言支持函数式编程方面存在差异。 具有最佳支持的语言称为函数式编程语言。 这些包括静态类型的 _Haskell_, _OCaml_ , _F#_ 和 _Scala_ ,动态类型的 _Erlang_ 和 _Clojure_。 在函数式语言之间可以在多大程度上利用函数编程有很大差异。有一个类型系统会有很大的帮助,特别是它支持 _类型推断_ (所以你并不总是必须键入类型)。这篇文章中没有详细介绍这部分,但足以说明,并非所有类型的系统都是平等的。 与所有语言一样,不同的函数的语言强调不同的概念,技术或用例。选择语言时,考虑到它支持函数式编程的程度以及是否适合您的用例很重要。如果您使用某些非 FP 语言,会受益于在语言支持的范围内的函数式编程。 ### 不要打开表面没什么但却是陷阱的门 回想一下,函数的结果只取决于它的输入。几乎所有的编程语言都有这个。空值,类型case(instanceof),类型转换,异常以及无限递归的可能性都是陷阱,它打破等式推理,并削弱程序员对程序行为正确性的理解能力。(没有任何陷阱的语言包括Agda,Idris和Coq。) 幸运的是,作为程序员,我们可以选择避免这些陷阱,如果我们受到严格的规范,我们可以假装陷阱不存在。 这个方法叫做 _快速推理_ 。它不需要任何条件,几乎任何程序都可以在不使用陷阱的情况下进行编写,并且通过避免这些程序可以进行等式推理,可组合性和可重用性。 让我们详细讨论一下。 这个陷阱打破了等式推理,因为异常终止的可能性没有反映在类型中。(如果文档中提到可能抛出的异常,请自己计算一下)。但是没有理由我们无法包含所有故障模式的返回类型。 避开陷阱是语言特征中产生巨大影响的一个领域。为避免例外, 代数数据类型可用于模型误差的条件下,就像: ``` -- new data type for results of computations that can fail -- data Result e a = Error e | Success a -- new data type for three kinds of arithmetic errors -- data ArithError = DivByZero | Overflow | Underflow -- integer division, accounting for divide-by-zero -- safeDiv :: Int -> Int -> Result ArithError Int safeDiv x y = if y == 0 then Error DivByZero else Success (div x y) ``` 在这个例子中的权衡你现在必须使用ArithError 或者 Int 类型为结果,而不是旧的 Int 的值,但这也是解决这个问题的一种方式。你不再需要处理异常,使用 _快速推理_ ,总体来说这是一个胜利。 ### 免费的定理 大多数现代静态类型语言具有 _范型_(也称为 _参数多态性_ ),其中函数是通过一个或多个抽象类型定义的。 例如,考虑List(序列)上的函数: ``` f :: [a] -> [a] f = ... ``` Java中的相同函数如下所示: ```   static List f(List xs) { ... } ``` 编译程序的过程是一个证明的过程是将 _a_ 类型做出选择的过程。考虑到这一点,采用快速推理的方法,你能够创造出怎样的函数。 在这种情况下,该类型并不能告诉我们函数的功能(它可以改变序列,删除第一个元素或许多其他的东西),但它确实告诉了我们很多信息。只是从类型,我们可以得出关于函数的定理: * **Theorem 1**: 输入决定输出;不可能在输入的序列 **a** 中添加值,因为你不知道它的数据结构。 * **Theorem 2**: If you map any function over the list then apply **f**, the result is the same as applying **f** then mapping. 定理1帮助我们了解代码的作用,定理2对于程序优化提供了帮助。我们从类型中学到了这一切!从类型中获取有用的信息称为参数。因此,类型是函数行为的部分(有时是完整的)规范,也是一种检查机制。 现在你可以利用参数话了探寻了。你可以从 **map**  **(.)** 或者下面的这些函数中发现什么呢? * **foo :: a -> (a, a)** * **bar :: a -> a -> a** * **baz :: b -> a -> a** ### 学习功能编程的资源 也许你已经相信函数式编程是编写软件不错的方式,你想知道如何开始?有几种学习功能编程的方法; 这里有一些我推荐(我承认,我对 Haskell 偏爱: * UPenn's 的 [CIS 194: 介绍 Haskell][35] 是函数式编程概念和 Haskell 开发的不错选择。可以当课程材料使用,讲座(您可以查看几年前 Brisbane 函数式编程小组的 [系列 CIS 194 讲座][36]。 * 不错的入门书籍有 _[ Scala 的函数式编程][30]_ ,  _[ Haskell 对函数的思考][31]_ , 和  _[ Haskell 编程原理][32]_ . * [Data61 FP 课程][37] (f.k.a.,  _NICTA_  课程) 通过 _类型驱动_ 开发来教授抽象和数据结构的概念。这是十分困难,但收获也是丰富的,如果你有一名愿意引导你函数式编程的程序员,你可以尝试。 * 在你的工作学习中使用函数式编程书写代码,写一些纯粹的函数(避免不确定性和异常的出现),使用高阶函数而不是循环和递归,利用参数化来提高可读性和重用性。许多人从函数式编程开始,体验各种语言的美妙。 * 加入到你区域中的一些函数式编程小组或者学习小组中,也可以是参加一些函数式编程的会议(新的会议总是不断的出现)。 ### 总结 在本文中,我讨论了什么是函数式编程,而不是函数式编程的优点,包括等式推理和参数化。我们了解到在大多数编程语言中执行一些函数编程,但是语言的选择会影响受益的程度,而 Haskell 是函数式编程中语言最受欢迎的语言。我也推荐学习函数式编程的资源。 函数式编程是一个丰富的领域,还有许多更深入(更神秘)的主题正在等待探索。我没有提到那些具有实际意义的事情,比如: * lenses and prisms (是一流的设置值的方式;非常适合使用嵌套数据); * 定理证明 (当测试你代码的时候你可以你代码的正确性); * 懒惰评估 (让您处理潜在无数的数据结构); * 类型理论 (函数式编程中许多美丽实用的抽象的起源). 我希望你喜欢这个函数式编程的介绍,并且启发你使用这个有趣和实用的软件开发方法。 _本文根据 [CC BY 4.0][38] 许可证发布。_ -------------------------------------------------------------------------------- 作者简介: 红帽软件工程师。对函数式编程,分类理论,数学感兴趣。Crazy about jalapeños. ---------------------- via: https://opensource.com/article/17/4/introduction-functional-programming 作者:[Fraser Tweedale ][a] 译者:[MonkeyDEcho](https://github.com/MonkeyDEcho) 校对:[校对者ID](https://github.com/校对者ID) 本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译,[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出 [a]:https://opensource.com/users/frasertweedale [1]:https://opensource.com/tags/javascript?src=programming_resource_menu [2]:https://opensource.com/tags/perl?src=programming_resource_menu [3]:https://opensource.com/tags/python?src=programming_resource_menu [4]:https://developers.redhat.com/?intcmp=7016000000127cYAAQ&src=programming_resource_menu [5]:https://developers.redhat.com/products/#developer_tools?intcmp=7016000000127cYAAQ&src=programming_resource_menu [6]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#t:Int [7]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#t:Int [8]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#t:Int [9]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:div [10]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:even [11]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#t:Int [12]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#t:Bool [13]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:even [14]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:map [15]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:map [16]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:map [17]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:even [18]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:map [19]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:even [20]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:map [21]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:map [22]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:even [23]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:map [24]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:map [25]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:even [26]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:map [27]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:even [28]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:map [29]:http://haskell.org/ghc/docs/latest/html/libraries/base/Prelude.html#v:odd [30]:https://www.manning.com/books/functional-programming-in-scala [31]:http://www.cambridge.org/gb/academic/subjects/computer-science/programming-languages-and-applied-logic/thinking-functionally-haskell [32]:http://haskellbook.com/ [33]:http://cufp.org/ [34]:https://www.haskell.org/tutorial/monads.html [35]:https://www.cis.upenn.edu/~cis194/fall16/ [36]:https://github.com/bfpg/cis194-yorgey-lectures [37]:https://github.com/data61/fp-course [38]:https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ [39]:https://opensource.com/article/17/4/introduction-functional-programming?rate=_tO5hNzT4hRKNMJtWwQM-K3Jmxm10iPeqoy3bbS12MQ [40]:https://wiki.haskell.org/Introduction [41]:https://opensource.com/user/123116/feed [42]:https://opensource.com/users/frasertweedale