【Javascript】關於 Functional Programming 函數式編程

在軟體工程開發的領域中，我們為了解決不同的問題，因此衍生出許多不同的程式設計(Programming paradigm)方式，這些設計方法彼此之間並沒有所謂的好壞、優劣，只有解決問題適合度高低的差異。

函數式編程(Functional Programming，以下簡稱 FP)是眾多程式設計(Programming Paradigm) 方式的其中一種，有別於老早就大紅大紫的物件導向編成(object-oriented Programming，OOP) 方式(OO還衍伸出許多設計模式)，FP 則是近年來較為熱門的程式設計方式。像是 React 這套 JavaScript 框架就是使用 FP 來開發程式，因此若想學習 React.js 勢必也要熟悉 FP 的基本概念，而 JavaScript 程式語言也需要符合 FP 的編程理念。本篇將以 JavaScript 作為出發，解釋 JavaScript 函數式編程的重要概念。

本篇皆以 JavaScript 為範例。

First-class & higher-order functions

First-class(一等公民)

我們可以想像成對待函式(Functions) 如同對待其他資料型別一樣。

例如：可以直接賦予值或者存至陣列中當作參數傳遞。

例如，我們可以宣告：

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const a = 1;

1 的值也就指定給 a。

因此我們也可以直接將函式(Functions) 指定給任一變數：

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const a = (x,y) => x * y;

a 也就變成 (x * y) Function 的變數，呼叫 a(2, 4) 則會返回值 8。

higher-order functions(高階函式)

在維基百科中高階函式至少會滿足下列其中一項條件：

可以將函式(至少一個)當成參數傳入另一個函式。
可以將函式當成另一個函式的回傳值。

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var add = function(x) {
  return function(y) {
    return x + y;
  };
};

var addFive = add(5);
var addTen = add(10);

addFive(2); // 7
addTen(2); // 12

由上述範例我們可以得知，add 函式接收參數 (x)，並且回傳一個函式 ( x + y ) 作為回傳值。

因此在宣告 addFive 變數時，同時給定 x = 5 至 add 函式，往後使用 addFive 變數(函式變數)皆會從 5 開始加減。

上述則是符合 higher-order functions 的例子，add 函式(Functions) 接收參數並且回傳一個函式(Functions) 作為回傳值。

函數柯里化文章可參考之前撰寫的(【Function Currying】Javascript 函數柯里化)[/2023-03-16/js-function-currying/]

Pure Functions

Pure Functions(純函式)，意指將相同的 input 丟入函式，永遠會回傳相同的 output 結果，而且在過程中完全沒有任何的副作用。此處的副作用通常意味著「避免狀態改變」、「避免資料改變」，我們可以想成不與函式區塊域(block) 以外的變數做互動(最典型的例子，修改全域變數的值)，或者不論函式以外做了什麼，函式(Functions) 內的運算依舊不受改變。換句話說，Pure Functions 擅於純運算，而不做其他事情(ex. 讀取外部資料)。

範例如下：

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// slice: Pure Function 
var arr = [1, 2, 3, 4, 5, 6];
arr.slice(0, 3); // output = [1, 2, 3], arr = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
arr.slice(0, 3); // output = [1, 2, 3], arr = [1, 2, 3, 4, 5, 6]

// splice: not Pure Function 
var arr = [1, 2, 3, 4, 5, 6];
arr.splice(0, 3); // output = [1, 2, 3], arr = [4, 5, 6]
arr.splice(0, 3); // output = [4, 5, 6], arr = []

在 Functional Programming 中，slice 函式(Functions) 就符合我們 Pure Functions 的規範，相同 input，永遠回傳相同 output 且無副作用。而 splice 函式(Functions) 則是每次呼叫，output 以及原始資料皆會不相同，因此不算是 Pure Functions。

副作用

以 JavaScript 為例，副作用還包括：

更改外部變數或者物件屬性(例如：全域變數、父類別範圍內的變數等)
寫入 console.log、檔案
觸發外部流程
呼叫任何有副作用的函式(Functions)

Declarative vs Imperative

函數式編程(Functional Programming) 屬於宣告式編程(Declarative Paradigm) 的一種。

宣告式編程(Declarative Paradigm)：較為抽象的程式碼，可以藉由自然語言直觀的理解該行程式碼想要達到什麼樣的結果。描述該在哪做什麼(what to do)以及資料流程(data flow)。
指令式編程(Imperative Paradigm)：程式碼具體表達需要做什麼來達到目標。描述該做什麼(how to do)以及流程控制(flow control)。

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var a = [1, 2, 3, 4, 5];

// Declarative Programming 
declarativeSquare = (arr) => arr.map((val) => val*val)
declarativeSquare(a); // [1, 4, 9, 16, 25]

// Imperative Programming 
imperativeSquare = (arr) => {
  for (var i = 0; i < arr.length; i++) {
    arr[i] *= arr[i];
  }
  return arr;
}
imperativeSquare(a); // [1, 4, 9, 16, 25]

宣告式編程(Declarative Paradigm) 較依賴表達式(expression)，表達式是一個單純的運算過程，並且總是會返回值。屬於宣告式編程的程式語言有：HTML、SQL、LINQ。

指令式編程(Imperative Paradigm) 的程式碼經常使用程式語言基本的語句(statement)，例如：for、while、if、switch…等等。屬於指令式編程的程式語言有：C、JAVA。

總結

函數式編程(Functional Programming) 誕生了五十多年後，終於獲得程式開發者大量的關注，目前 ML 非常紅的 Python 以及前後端 JavaScript 等語言，對於函數式編程(Functional Programming) 的支持都很強。本篇文章整理 JavaScript 符合函數式編程(Functional Programming) 概念的幾個元素(First-class、higher-order functions、Pure Functions)，希望透過 JavaScript 的實例理解函數式編程所講述的核心理念為何。最後比較宣告式編程(Declarative Paradigm)以及指令式編程(Imperative Paradigm)，對自己過去在軟體開發這塊領域所學的做個整理，理清並梳理已有的知識。