??近年來函數(shù)式編程這種概念漸漸流行起來，尤其是在React/Vuejs這兩個前端框架的推動下，函數(shù)式編程就像股新思潮一般瞬間席卷整個技術(shù)圈。雖然博主接觸到的前端技術(shù)并不算深入，可這并不妨礙我們通過類似概念的延伸來理解這種概念。首先，函數(shù)式編程是一種編程范式，而我們所熟悉的常見編程范式則有命令式編程(Imperative Programmming)、函數(shù)式編程(Functional Programming)、邏輯式編程(Logic Programming)、聲明式編程(Declarative Programming)和響應(yīng)式編程(Reactive Programming)等。現(xiàn)代編程語言 在發(fā)展過程中實際上都在借鑒不同的編程范式，比如Lisp和Haskell 是最經(jīng)典的函數(shù)式編程語言，而SmartTalk、C++和Java則是最經(jīng)典的命令式編程語言。微軟的C#語言最早主要借鑒Java語言，在其引入lambda和LINQ特性以后，使得C#開始具備實施函數(shù)式編程的基礎(chǔ)，而最新的Java8同樣開始強化lambda這一特性，為什么lambda會如此重要呢？這或許要從函數(shù)式編程的基本術(shù)語開始說起。

什么是函數(shù)式編程？

??我們提到函數(shù)式編程是一種編程范式，它的基本思想是將計算機運算當作是數(shù)學(xué)中的函數(shù)，同時避免了狀態(tài)和變量的概念。一個直觀的理解是，在函數(shù)式編程中面向數(shù)據(jù)，函數(shù)是第一等公民，而我們傳統(tǒng)的命令式編程中面向過程，類是第一等公民。為什么我們反復(fù)提到lambda呢？因為函數(shù)式編程中最重要的基礎(chǔ)是lambda演算(Lambda Calculus)，并且lambda演算的函數(shù)可以接受函數(shù)作為參數(shù)和返回值，這聽起來和數(shù)學(xué)有關(guān)，的確函數(shù)式編程是面向數(shù)學(xué)的抽象，任何計算機運算在這里都被抽象為表達式求值，簡而言之，函數(shù)式程序即為一個表達式。值得一提的是，函數(shù)式編程是圖靈完備的，這再次說明數(shù)學(xué)和計算機技術(shù)是緊密聯(lián)系在一起的。雖然在博主心目中認為，圖靈這位天縱英才的英國數(shù)學(xué)家，是真正的計算機鼻祖，但歷史從來都喜歡開玩笑的，因為現(xiàn)代計算機是以馮.諾依曼體系為基礎(chǔ)的，而這一體系天生就是面向過程即命令式的，在這套體系下計算機的運算實則是硬件的一種抽象，命令式程序?qū)嶋H上是一組指令集。因此，函數(shù)式程序目前依然需要編譯為該體系下的計算機指令來執(zhí)行，這聽起來略顯遺憾，可這對我們來說并不重要，下面讓我們來一窺函數(shù)式編程的真容：

squares = map(lambda x: x * x, [0, 1, 2, 3, 4]) print squares

這是使用Python編寫的函數(shù)式編程風(fēng)格的代碼，或許看到這樣的代碼，我們內(nèi)心是完全崩潰的，可是它實現(xiàn)得其實是這樣一個功能，即將集合{0, 1, 2, 3, 4}中的每個元素進行平方操作，然后返回一個新的集合。如果使用命令式編程，我們注定無法使用如此簡單的代碼實現(xiàn)這個功能。而這個功能在.NET中其實是一個Select的功能：

int[] array = new int[]{0, 1, 2, 3, 4}; int[] result = array.Select(m => m * m).ToArray();

這就是函數(shù)式編程的魅力，我們所做的事情都是由一個個函數(shù)來完成的，這個函數(shù)定義了輸入和輸出，而我們只需要將數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳遞給函數(shù)，函數(shù)會返回我們期望的結(jié)果。好了，下面再看一個例子：

sum = reduce(lambda a, x: a + x, [0, 1, 2, 3, 4]) print sum

即使我們從來沒有了解過函數(shù)式編程，從命名我們依然可以看出這是一個對集合中的元素求和的功能實現(xiàn)，這就是規(guī)范命名的重要性。幸運的是.NET中同樣有類似的擴展方法，我喜歡Linq，我喜歡lambda：

int[] array = new int[]{0, 1, 2, 3, 4}; int result = array.Sum();

考慮到博主寫不出更復(fù)雜的函數(shù)式編程的代碼示例，這里不再列舉更多的函數(shù)式編程風(fēng)格的代碼，可是我們從直觀上來理解函數(shù)式編程，就會發(fā)現(xiàn)函數(shù)式編程同lambda密不可分，函數(shù)在這里扮演著重要的角色。好了，下面我們來了解下函數(shù)式編程中的常用術(shù)語。

函數(shù)式編程的常用術(shù)語

??函數(shù)式編程首先是一種編程范式，這意味著它和面向?qū)ο缶幊桃粯?#xff0c;都是一種編程的思想。而函數(shù)式編程最基本的兩個特性就是不可變數(shù)據(jù)和表達式求值。基于兩個基礎(chǔ)特性，我們延伸出了各種函數(shù)式編程的相關(guān)概念，而這些概念就是函數(shù)式編程的常用術(shù)語。常用的函數(shù)式編程術(shù)語有高階函數(shù)、柯里化/局部調(diào)用、惰性求值，遞歸等。在了解這些概念前，我們先來理解，什么是函數(shù)式編程的不可變性。不可變性，意味著在函數(shù)式編程中沒有變量的概念，即操作不會改變原有的值而是修改新產(chǎn)生的值。舉一個基本的例子，.NET中IEnumerable接口提供了大量的如Select、Where等擴展方法，而這些擴展方法同樣會返回IEnumerable類型，并且這些擴展方法不會改變原來的集合，所有的修改都是作用在一個新的集合上，這就是函數(shù)式編程的不可變性。實現(xiàn)不可變性的前提是純函數(shù)，即函數(shù)不會產(chǎn)生副作用。一個更為生動的例子是，如果我們嘗試對一個由匿名類型組成的集合進行修改，會被提示該匿名類型的屬性為只讀屬性，這意味著數(shù)據(jù)是不可改變的，如果我們要堅持對數(shù)據(jù)進行“修改”，唯一的方法就是調(diào)用一個函數(shù)。

高階函數(shù)(Higer-Order-Function)

??高階函數(shù)是指函數(shù)自身能夠接受函數(shù)，并返回函數(shù)的一種函數(shù)。這個概念聽起來好像非常復(fù)雜的樣子，其實在我們使用Linq的時候，我們就是在使用高階函數(shù)啦。這里介紹三個非常有名的高階函數(shù)，即Map、Filter和Fold，這三個函數(shù)在Linq中分別對應(yīng)于Select、Where和Sum。我們可以通過下面的例子來理解：

• Map函數(shù)需要一個元素集合和一個訪問該元素集合中每一個元素的函數(shù)，該函數(shù)將生成一個新的元素集合，并返回這個新的元素集合。通過C#中的迭代器可以惰性實現(xiàn)Map函數(shù)：

IEnumerable<R> Map<T,R>(Func<T,R> func, IEnumerable<T> list) {foreach(T item in list)yield return func(item); }

• Filter函數(shù)需要一個元素集合和一個篩選該元素結(jié)合的函數(shù)，該函數(shù)將從原始元素集合中篩選中符合條件的元素，然后組成一個新的元素集合，并返回這個新的元素集合。通過C#中的Predicate委托類型，我們可以寫出下面的代碼：

IEnumerable<T> Filter<T>(Predicate<T> predicate, IEnumerable<T> list) {foreach(T item in list){if(predicate(item))yield return item;} }

• Fold函數(shù)實際上代表了一系列函數(shù)，而最重要的兩個例子是左折疊和右折疊，這里我們選擇相對簡單地左折疊來實現(xiàn)累加的功能，它需要一個元素集合，一個累加函數(shù)和一個初始值，我們一起來看下面的代碼實現(xiàn)：

R Fold<T,R>(Func<R,T,R> func, IEnumerable<T> list, R startValue = default(R)) {R result = startValue;foreach(T item in list)result = func(result, item); return result; }

相信現(xiàn)在大家應(yīng)該理解什么是高階函數(shù)了，這種聽起來非常數(shù)學(xué)的名詞，當我們嘗試用代碼來描述的時候會發(fā)現(xiàn)非常簡單。相信大家都經(jīng)歷過學(xué)生時代，臨近期末考試的時候死記硬背名詞解釋的情形，其實可以用簡潔的東西描述清楚的概念，為什么需要用這種方式來理解呢？為什么我這里選擇了C#中的委托來編寫這些示例代碼呢？自然是同樣的道理啦，因為我們都知道，在C#中委托是一種類似函數(shù)指針的概念，因為當我們需要傳入和返回一個函數(shù)的時候，選擇委托這種特殊的類型可謂是恰如其分啦，這樣并不會影響我們?nèi)ダ斫飧唠A函數(shù)。

柯里化(Curring)/局部套用

??柯里化(Curring)得名于數(shù)學(xué)家Haskell Curry，你的確沒有看錯，這位偉大的數(shù)學(xué)家不僅創(chuàng)造了Haskell這門函數(shù)式編程語言，而且提出了局部套用(Currin)這種概念。所謂局部套用，就是指不管函數(shù)中有多少個參數(shù)，都可以函數(shù)視為函數(shù)類的成員，而這些函數(shù)只有一個形參，局部套用和部分應(yīng)用息息相關(guān)，尤其是部分應(yīng)用是保證函數(shù)模塊化的兩個重要技術(shù)之一(部分應(yīng)用和組合(Composition)是保證函數(shù)模塊化的兩個重要技術(shù))。眾所周知，在C#中一個函數(shù)一旦完成定義，那么它的參數(shù)列表就是確定的，即相對靜態(tài)。它不能像Python和Lua一樣去動態(tài)改變參數(shù)列表，雖然我們可以通過缺省參數(shù)來減少參數(shù)的個數(shù)，可是在大多數(shù)情況下，我們都需要在調(diào)用函數(shù)前準備好所有參數(shù)，而局部套用所做的事情與這個理念截然相反，它的目標是用非完全的參數(shù)列表去調(diào)用函數(shù)。我們來一起看下面這個例子：

Func<int,int,int> add = (x,y) => {return x + y;};

這是一個由匿名方法定義的委托類型，顯然我們需要在調(diào)用這個方法前準備好兩個參數(shù)x和y，這意味著C#不允許我們在改變參數(shù)列表的情況下調(diào)用這個方法。而通過局部套用：

Func<int,int,int> curriedAdd => (x) => {return (y) => { return x + y;}; };

實際上在這里兩個參數(shù)x和y的順序?qū)ψ罱K結(jié)果沒有任何影響，我們這樣寫僅僅是為了符合人類正常的認知習(xí)慣，而此時我們注意到我們在調(diào)用curriedAdd時會發(fā)生質(zhì)的的變化：

//x和y同時被傳入add add(x,y) //x和y可以不同時被傳入curriedAdd curriedAdd(x)(y);

而如果我們將這里的函數(shù)用Lambda表達式來表示，則會發(fā)現(xiàn)：

Func<int,int,int> add = (x,y) => return x + y; Func<int,Fucn<int,int>> curriedAdd = x = > y => x + y;

至此，對一般的局部套用，存在：

Func<...> f = (part1, part2, part3, ...) => ... 可轉(zhuǎn)換為： Func<...> cf = part1 => part2 => part3 ... => ...

則稱后者為前者的局部套用形式。

惰性求值

??我們在前文中曾經(jīng)提到過，在函數(shù)式編程中函數(shù)是第一等公民，而這里的函數(shù)更接近數(shù)學(xué)意義上的函數(shù)，即將函數(shù)視為一個可以對表達式求值的純函數(shù)，所以我們這里自然而然地就提到了惰性求值。首先，博主這里想說說求值策略這個問題，求值策略通常有嚴格求值和非嚴格求值兩種，而對C#語言來講，它在大多數(shù)情況下使用嚴格求值策略，即參數(shù)在傳遞給函數(shù)前求值。與之相對應(yīng)的，我們將參數(shù)在傳遞給函數(shù)前不進行求值或者延遲求值的這種情況，稱為非嚴格求值策略。一個經(jīng)典的例子是C#中的“短路”效應(yīng)：

bool isTrue = (10 < 5) && (MyCheck())

因為在這里表達式的第一部分返回值為false，因此在實際調(diào)用中第二部分根本不會執(zhí)行，因為無論第二部分返回true還是false，實際上對整個表達式的結(jié)果都不會產(chǎn)生影響。這是一個非常經(jīng)典的非嚴格求值的例子，同樣的，布爾運算中的”||”運算符，同樣存在這個問題。所以，至此我們可以領(lǐng)會到惰性求值的優(yōu)點，即使程序的執(zhí)行效率更好，尤其是在避免高昂運算代價的時候，我們要牢記：懶惰是程序員的一種美德，使用更簡潔的代碼來滿足需求，是一名游戲程序員的永恒追求。我們可以聯(lián)想那些在代碼片段中優(yōu)先return的場景，這大概勉強可以用這種理論來解釋吧！例如我們強大的Linq，原諒我如此執(zhí)著于舉Linq的例子，Linq的一個特點是當數(shù)據(jù)需要被使用的時候開始計算，即數(shù)據(jù)是延遲加載的，而在此之前我們所有對數(shù)據(jù)的操作，從某種意義上來講，更像是定義了一系列函數(shù)，這好像和數(shù)據(jù)庫中的事務(wù)非常相近啦，其實這就是在告訴我們，懶惰是一種美德啊，哈哈！

函數(shù)式編程的利弊探討

??好了，現(xiàn)在讓我們從函數(shù)式編程的各種術(shù)語中解放出來，高屋建瓴般地從更高的層面上探討下函數(shù)式編程的利弊。當你討論一種東西的利弊時，一種習(xí)慣性的做法是找一種東西來和它作比較，如果Windows和Linux、SQL和NoSQ、面向?qū)ο蠛秃瘮?shù)式…等等，我們常常關(guān)注一件事物的利弊，而非去尋找哪一個是最好。可惜自以為是的人類，常常以此來自我設(shè)限，劃分各自的陣營，這當真是件無聊的事情，就像我一直不喜歡SQL和正則表達式，所以我就去了解數(shù)據(jù)庫的設(shè)計、模式匹配相關(guān)內(nèi)容，最終感覺頗有一番收獲，我想這是我們真正的目的吧！好了，下面我們說說函數(shù)式編程有哪些優(yōu)缺點？首先，函數(shù)式編程極大地改善了程序的模塊化程度，高階函數(shù)、遞歸和惰性求值讓程序充分函數(shù)化，函數(shù)式讓編程可以以一種聲明式的風(fēng)格來增強程序語義。當然，函數(shù)式編程的缺點是，我們這個現(xiàn)實世界本來就不是純粹的，函數(shù)式編程強調(diào)的數(shù)據(jù)不可變性，意味著我們無法去模擬事物狀態(tài)變化，因此我們不能為了追求無副作用、無鎖而忽視現(xiàn)實，這個世界上總有些骯臟的問題，無法讓我們用純函數(shù)的思維去解決，這個時候我們不能說要讓設(shè)計去適應(yīng)這個世界，任何技術(shù)或者框架的誕生歸根到底是為了解決問題，而函數(shù)式編程或者是面向?qū)ο缶幊?#xff0c;本質(zhì)都是一種編程思想，我們最終是為了解決問題，就像這個世界有時候并不是面向?qū)ο蟮?#xff0c;我們用面向?qū)ο髞砻枋鲞@個世界，或許僅僅是我們自己的理解，這個世界到底是什么樣子的，大概只有上帝會知道吧！

本文小結(jié)

??本文主要對函數(shù)式編程及其常見術(shù)語進行了簡要討論，主要根據(jù)《C#函數(shù)式程序設(shè)計》一書整理并輔以博主的理解而成。首先，函數(shù)式編程中強調(diào)無狀態(tài)、不可變性，認為函數(shù)是一等公民，并且在函數(shù)式編程中每一個函數(shù)都是一個純函數(shù)，它是數(shù)學(xué)概念咋計算機領(lǐng)域的一種延伸，和馮.諾依曼計算機體系不同，函數(shù)式編程的核心思想是以lambda演算為基礎(chǔ)的表達式求值，并且函數(shù)式編程強調(diào)無副作用。本文對函數(shù)式編程中的常見術(shù)語如高階函數(shù)、局部套用/柯里化、惰性求值等結(jié)合C#語言進行了簡單分析。或許對我們而言，函數(shù)式編程是一個新鮮事物，可正如我們第一次接觸面向?qū)ο缶幊虝r一樣，我們并不知道這樣一種編程思想會持續(xù)到今天。我不認為函數(shù)式編程會徹底替代面向?qū)ο缶幊?#xff0c;就像Web開發(fā)無法徹底替換原生開發(fā)一樣，函數(shù)式編程會作為面向?qū)ο蟮囊环N延伸和補充，所以本文對函數(shù)式編程的理解實際上是非常膚淺的，可這個世界本來就是在不斷變化的，希望我們可以在恰當?shù)膱鼍跋氯?quán)衡選擇什么樣的技術(shù)，對這個世界而言，我們永遠都是探索者，或許永遠都不存在完全能滿足現(xiàn)實場景的編程范式吧！

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的函数式编程常用术语的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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