JavaScript 中的函数式编程：纯函数与副作用

原创

iwhao

发布于 2024-07-07 22:02:51

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发布于 2024-07-07 22:02:51

函数式编程概述

函数式编程是一种编程范式，它将计算视为数学函数的求值，强调函数的无状态性、确定性和不可变性。在 JavaScript 中，函数式编程的应用越来越广泛，为开发者提供了一种更简洁、更可维护的编程方式。

纯函数的定义与特性

纯函数是函数式编程的核心概念之一。纯函数具有以下几个关键特性：

确定性：对于相同的输入，总是返回相同的输出。这意味着纯函数的结果仅取决于其输入参数，不受外部变量、状态或其他不可控因素的影响。

无副作用：纯函数不会修改函数外部的状态，包括全局变量、对象属性或其他非局部数据。它仅仅基于输入进行计算并返回结果。

例如，下面的函数就是一个纯函数：

function add(a, b) {
  return a + b;
}

console.log(add(2, 3)); // 输出: 5
console.log(add(2, 3)); // 输出: 5

纯函数的优点

可测试性 由于纯函数的输出完全由输入决定，所以测试起来非常简单和直观。我们只需要为不同的输入提供预期的输出，并验证函数的实际输出是否与之匹配。
可组合性：纯函数可以轻松地组合在一起，形成更复杂的函数。因为它们的行为是确定的，所以我们可以放心地将它们串联或嵌套使用。缓存友好：由于纯函数对于相同的输入总是产生相同的输出，所以可以利用缓存来提高性能。副作用的概念与表现形式

副作用则是指函数在执行过程中，除了返回值之外，还对外部环境产生了其他的影响。

常见的副作用包括：

修改全局变量
修改传入的参数（如果参数是引用类型）
进行 I/O 操作，如读写文件、发送网络请求、操作数据库
改变 DOM 结构

以下是一个具有副作用的函数示例：

// 副作用示例
let counter = 0;

function increment() {
  counter++;
  return counter;
}

console.log(increment()); // 输出: 1
console.log(increment()); // 输出: 2

increment 函数具有副作用，因为它修改了全局变量 counter，导致每次调用时返回的结果不同。

// 纯函数与副作用的对比
let total = 0;

// 纯函数
function addPure(a, b) {
  return a + b;
}

// 副作用函数
function addWithSideEffect(a, b) {
  total += (a + b);
  return total;
}

console.log(addPure(2, 3)); // 输出: 5
console.log(addPure(2, 3)); // 输出: 5

console.log(addWithSideEffect(2, 3)); // 输出: 5
console.log(addWithSideEffect(2, 3)); // 输出: 10

addPure 是一个纯函数，而 addWithSideEffect 是一个具有副作用的函数。addPure 对于相同的输入总是返回相同的输出，而 addWithSideEffect 修改了全局变量 total，导致每次调用时返回的结果不同。

副作用带来的挑战

不可预测性：副作用使得函数的行为变得难以预测，因为其结果不仅取决于输入，还取决于外部的状态。
测试困难：测试具有副作用的函数需要考虑更多的因素，包括外部状态的初始值和变化，增加了测试的复杂性。
代码维护困难：副作用可能导致代码之间的紧密耦合，使得代码的修改和扩展变得困难。如何管理副作用
隔离副作用：将副作用集中在特定的模块或函数中，以便更好地控制和管理它们。
采用函数式副作用处理库：例如 redux-saga 或 redux-thunk 用于处理异步操作等副作用。
遵循单一职责原则：确保每个函数尽量只负责一个明确的任务，避免将纯逻辑和副作用混合在一个函数中。 withLogging 是一个高阶函数，它接受一个函数 fn 并返回一个新的函数，这个新函数在调用 fn 前后打印日志。通过这种方式，我们可以将副作用（日志记录）集中在一个地方进行管理。

使用高阶函数管理副作用

withLogging 是一个高阶函数，它接受一个函数 fn 并返回一个新的函数，这个新函数在调用 fn 前后打印日志。通过这种方式，我们可以将副作用（日志记录）集中在一个地方进行管理。

function withLogging(fn) {
  return function(...args) {
    console.log('Function called with arguments:', args);
    const result = fn(...args);
    console.log('Function returned:', result);
    return result;
  };
}

function add(a, b) {
  return a + b;
}

const loggedAdd = withLogging(add);

loggedAdd(2, 3);
// 输出:
// Function called with arguments: [2, 3]
// Function returned: 5

使用 redux-thunk 管理副作用 Action Creator（动作创建者）

// actions.js
const fetchData = () => {
  return (dispatch) => {
    // 模拟异步请求
    setTimeout(() => {
      dispatch({
        type: 'FETCH_DATA_SUCCESS',
        payload: { data: '数据获取成功' }
      });
    }, 1000);
  };
};

Reducer（状态管理器）

// reducer.js
const initialState = {
  data: null
};

const dataReducer = (state = initialState, action) => {
  switch (action.type) {
    case 'FETCH_DATA_SUCCESS':
      return { ...state, data: action.payload };
    default:
      return state;
  }
};

在 redux-thunk 中，你可以定义一个返回函数的函数作为 action creator。这个函数可以接收 dispatch 方法作为参数，允许你在函数内部执行异步操作。

在上面的例子中，fetchData 是一个 thunk 函数，它使用 setTimeout 来模拟异步数据请求。请求完成后，它会 dispatch 一个同步的 action，该 action 被 reducer 用来更新状态。

使用 redux-saga 管理副作用

Action Creator（动作创建者）

// actions.js
const fetchDataSaga = () => ({
  type: 'FETCH_DATA_SAGA'
});

const fetchDataSuccess = (data) => ({
  type: 'FETCH_DATA_SUCCESS',
  payload: data
});

const fetchDataFailure = (error) => ({
  type: 'FETCH_DATA_FAILURE',
  payload: error
});

Saga（副作用管理器）

// sagas.js
import { call, put, takeEvery } from 'redux-saga/effects';
import fetchDataSaga from './actions';

function* fetchDataSagaWorker() {
  try {
    // 假设 fetchAPI 是一个返回 Promise 的异步函数
    const response = yield call(fetchAPI, 'https://example.com/data');
    yield put(fetchDataSuccess(response.data));
  } catch (error) {
    yield put(fetchDataFailure(error.toString()));
  }
}

function* watchFetchDataSaga() {
  yield takeEvery('FETCH_DATA_SAGA', fetchDataSagaWorker);
}

export default watchFetchDataSaga;

Reducer（状态管理器）

// reducer.js
const initialState = {
  data: null,
  error: null
};

const dataReducer = (state = initialState, action) => {
  switch (action.type) {
    case 'FETCH_DATA_SUCCESS':
      return { ...state, data: action.payload, error: null };
    case 'FETCH_DATA_FAILURE':
      return { ...state, data: null, error: action.payload };
    default:
      return state;
  }
};

在 redux-saga 中，副作用是通过 generator 函数管理的。这些函数使用 yield 关键字来暂停和恢复执行。fetchDataSagaWorker 是一个 generator 函数，它执行异步操作（在这个例子中是 fetchAPI 函数），然后根据结果 dispatch 相应的 action。watchFetchDataSaga 是一个监听器 saga，它使用 takeEvery 效应来监听 FETCH_DATA_SAGA action 的每一次触发，并调用 fetchDataSagaWorker 来处理。Reducer 根据 fetchDataSuccess 和 fetchDataFailure action 更新状态。

纯函数和副作用是函数式编程中的两个核心概念。纯函数提供了确定性和无副作用的特性，使得代码更易于理解和维护。副作用虽然不可避免，但我们可以通过合理的设计和管理来控制其影响。通过在 JavaScript 中运用纯函数和副作用管理技巧，我们可以编写出更健壮、更可维护的代码。

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