纯函数

引言

• 对于函数，大家都不陌生，但是对于纯函数可能有些生疏。我们在写函数的时候，会肆无忌惮，充分的利用js的一些特性，比如使用作用域去修改外部变量，对象属性，数据结构等。这样写如果稍不注意，可能会出现隐藏的bug，使我们的函数，不再是一个可信赖的函数。而纯函数正是一个可以保证数据信赖的函数方式，他也是一个函数，只不过有他特有的要求规范，下面就让我们从函数的副作用开始，来学习纯函数的优缺点

什么是纯函数?

• 纯函数是这样一种函数,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

比如常用的slice和splice，这两个函数的作用别二致。但是slice符合纯函数的定义，因为对于相同的输入，他能保证相同的输出。而splice却会嚼烂调用他的那个数组，然后吐出来；这样就会产生观察到的副作用

let arr = [1,2,3]
// 纯的
arr.slice(0, 3) // (3) [1, 2, 3]
arr.slice(0, 3) // (3) [1, 2, 3]
arr.slice(0, 3) // (3) [1, 2, 3]// 不纯的
arr.splice(0, 3) // (3) [1, 2, 3]
arr.splice(0, 3) // []

在函数式编程中，我们讨厌这种会改变数据的笨函数。我们追求的是那种可靠的，每次都能返回同样结果的函数，而不是像 splice 这样每次调用后都把数据弄得一团糟的函数，这不是我们想要的。

来看另外一个例子

// 不纯的
let immutableState = 21
const checkAge = (age) => {return age >=immutableState
}// 纯的
const checkAge = (age) => {let immutableState = 21return age >=immutableState
}

在不纯的版本中，checkAge的结果取决于immutableState这个变量是不是一个可变的值。 如果是可变的，那么对于immutableState的追踪，将会是一件棘手的事。我们可以通过参数的形式传递immutableState，也可以通过作用域的方式，限制变量的访问范围，当然我们也可以通过一些手段，使immutableState成为一个不可变(immutable) 对象.要实现这个效果，必须得创建一个对象，然后调用 Object.freeze 方法：

let immutableState = Object.freeze({immutableState: 21
})

什么是函数的副作用

如果函数与外部可变状态进行交互，则他是有副作用的

• 任何修改外部的变量，对象属性，数据结构
• 控制台(屏幕)输入输出的交互
• 文件操作，网络操作
• 抛出异常或错误终止
• …不止于此

站在纯函数的角度来说，以上均是非纯函数的副作用。我们也不必太刻意使用纯函数，因为有很多功能，还是得依赖非纯函数来实现，毕竟你要和这个世界打交道，而不是只活在自己的世界里。

函数副作用demo - 输出最大数

let arrScore = [1, 3, 2, 5, 4];
const getMaxScore = () => {arrScore = arrScore.sort((a, b) => {return b - a;});return arrScore[0];
};
console.log('getMaxScore', getMaxScore()); // 5
console.log('arrScore', arrScore); //  [ 5, 4, 3, 2, 1 ]

问题分析

1. 在函数内，直接使用了外部变量，并且sort会改变源数据。下次再使用源数据，数据处于不可知状态

问题解决

1. 通过参数的形式，将数据传入
2. 参数如果是引用类型，提前进行clone
3. 避免使用修改源数据的api,使用其他方式实现

let arrScore = [1, 3, 2, 5, 4];
const getMaxScore = (arrScore) => {let temp = arrScore.slice();temp = temp.sort((a, b) => {return b - a;});return temp[0];
};
console.log('getMaxScore', getMaxScore(arrScore)); // 5
console.log('arrScore', arrScore); //  [ 1, 3, 2, 5, 4 ]

let arrScore = [1, 3, 2, 5, 4];
const getMaxScore = (arrScore) => {return Math.max(...arrScore);
};
console.log('getMaxScore', getMaxScore(arrScore)); // 5
console.log('arrScore', arrScore); //  [ 1, 3, 2, 5, 4 ]

追求“纯”的理由

可缓存性 (Cacheable)

• 由于纯函数的输入就决定了输出,就和数学中的函数一样(所以我们也可以像数学公式一样推导),一个确定的输入对应一个确定的输出,

• 因此我们可以根据传入的参数把结果缓存起来,这样后续以同样的参数调用的时候就可以直接返回结果,而不是重新执行一遍算法.

• 实现缓存的一种典型方式是memoize技术,

vue 源码

/*** Create a cached version of a pure function.*/function cached(fn) {var cache = Object.create(null);return function cachedFn(str) {var hit = cache[str];return hit || (cache[str] = fn(str));};}/*** Capitalize a string.*/var capitalize = cached(function (str) {return str.charAt(0).toUpperCase() + str.slice(1);});

可移植性,自文档化（Portable / Self-Documenting）

• 纯函数的依赖很明确，因此更易于观察和理解

• 因为他们与环境无关，所以可以拷贝到任何地方运行，提高了代码的复用性。

• 对比面向对象，你从类中拷贝一个方法，就要麻烦得多。

可测试性（Testable）

• 纯函数让测试更加容易。

• 只需要给定输入，断言输出就可以了。

• 甚至有专门的测试工具帮我们自动生成输入，并断言输出。 比如Quickcheck

合理性,引用透明性（Reasonable）

• 很多人相信使用纯函数最大的好处是引用透明性（referential transparency）。如果一段代码可以替换成它执行所得的结果，而且是在不改变整个程序行为的前提下替换的，那么我们就说这段代码是引用透明的。

var Immutable = require('immutable');var decrementHP = function(player) {return player.set("hp", player.hp-1);
};var isSameTeam = function(player1, player2) {return player1.team === player2.team;
};var punch = function(player, target) {if(isSameTeam(player, target)) {return target;} else {return decrementHP(target);}
};var jobe = Immutable.Map({name:"Jobe", hp:20, team: "red"});
var michael = Immutable.Map({name:"Michael", hp:20, team: "green"});punch(jobe, michael);
//=> Immutable.Map({name:"Michael", hp:19, team: "green"})

在上面的demo中，decrementHP和isSameTeam和punch都是纯函数，所以是透明引用。我们可以使用一种叫做“等式推到”的技术来分析代码
首先内联isSameTeam

var isSameTeam = function(player1, player2) {return player1.team === player2.team;
};// 因为数据是不可变的，所以我们直接把team 替换为实际的值var punch = function(player, target) {if("red" === "green") {return target;} else {return decrementHP(target);}
};// if 执行的结果是false，所以可以把整个if 语句删掉var punch = function(player, target) {return decrementHP(target);
};
// 然后再内联decrementHP，punch就编程一个让hp的值减1的调用

并行运算

• 我们可以并行运行任意纯函数。因为纯函数根本不需要访问共享的内存，而且根据其定义，纯函数也不会因副作用而进入竞争态（race condition）。

• 并行代码在服务端 js 环境以及使用了 web worker 的浏览器那里是非常容易实现的，因为它们使用了线程（thread）。不过出于对非纯函数复杂度的考虑，当前主流观点还是避免使用这种并行。