Scala 函数式编程(一) 什么是函数式编程?

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小编 20天前发布
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来源: 哈尔的数据城堡

为什么我们需要学习函数式编程?或者说函数式编程有什么优势?这个系列中我会用 scala 给你讲述函数式编程中的优势,以及一些函数式的哲学。

对了,不懂 scala 也没关系,scala 和 java 是类似的,如果没有也没关系,我会在需要代码的时候尽量解释一下,避免因为不懂scala代码而导致看不懂内容。

那么开始吧~

为什么函数式编程这几年火起来

如 Python 一样,函数式编程(FP,即Functional Programming)也是近几年才逐渐为人们所知,但它并不是一个多么新的概念。

它拥有和面向对象编程(OOP)几乎等长的历史。但纵观每件事的脉络,总是有原因的,函数式编程这几年变火的原因是什么呢?

最主要的原因是摩尔定律的逐渐失效,计算机的发展道路趋向于多核 CPU 与分布式的方向。

我们经常使用的面向对象编程的优势在于能够很好得对要解决的问题领域进行建模,但它在多线程编程环境下的同步阻塞调用,以及由此带来的线程安全问题,与函数式编程天然适合分布式并发编程的编程方式相比,当真相形见绌。

而未来明显是大数据的时代,故而函数式编程只会越加重要,甚至未来可能是函数式编程的时代。

摩尔定律:1965年,英特尔公司创始人戈登·摩尔提出,在至多10年内,集成电路的集成度会每两年翻一番,即摩尔定律。后来这个周期被缩短到了18个月。也就是说,每隔18个月,计算机等IT产品的性能就会翻一番;或者说相同性能的计算机等IT产品,每18个月价钱会降一半。几十年来IT行业的发展始终遵循着摩尔定律预测的速度。

什么是函数式编程

有一篇有趣的文章,或许可以让你对函数式编程有所了解,可以先看看它,稍后再看看对函数式的正式定义,函数式编程圣经

所谓函数式编程,其实就是以纯函数的方式编写代码,纯函数的定义如下:

纯函数:一个函数在程序的执行过程中除了根据输入参数给出运算结果之外没用其他影响,就可以说是没有副作用的,我们就可以将这一类函数称之为纯函数。

纯函数最核心的目的是为了编写无副作用的代码,它的很多特性,包括不变量,惰性求值等等都是为了这个目标。那什么叫做无副作用呢?我们用一个例子来看看。

咖啡店购物的例子 --scala

先来看一段有副作用的代码:

class Cafe {
//用户购买一杯咖啡执行的函数
def buyCoffee(Cc: CreditCard) : Coffee = {
        val cup = new Coffee()
//副作用所在,除了返回一杯咖啡,它还去通知信用卡公司扣费
        cc.charge(cup.price)
        cup
    }
}

这个函数的副作用是什么呢?就是在购买了一杯咖啡的时候使用信用卡去计费,它会通知信用卡公司去进行一系列处理。

这样会导致什么问题呢?首先,副作用会让这段代码变成线程不安全。其次,会让这段代码难以测试,如果想测试这段代码的逻辑,就不得不每次都让信用卡扣费。

但我们只是想测试一下逻辑而已,并不想真正扣费。再者,当你想要一次购买多杯咖啡的时候怎么办,你只能跳脚。

 

这时候我们再看看函数式的方式去实现:

case class Charge(cc: CreditCard,amount: Double)
class Cafe{
def buyCoffee(cc:CreditCard) : (Coffee,Charge) = {
        val cup = new Coffee()
        (cup,Charge(cc,cup.price))
    }
}

看到了吗,经过我们这样改变之后,函数变得没有副作用了。

也就是说,无论执行这个 buyCoffee 函数多少次,它只会返回给我一杯咖啡以及它的价钱,这样我们就可以很方便得对它的逻辑进行测试而不必担心影响到信用卡。并且它可以安全得运行在多线程环境下。

其实从面向对象的角度来看,这是不是有点像面向对象里面的一些设计模式呢?

这样做解耦了咖啡和信用卡之间的关系,在后面添加其他功能的时候我们可以方便得进行组合,比如说想要有一个多杯咖啡计费的功能,如果是用上面那段代码来实现需求,那么无疑会很痛苦。

但通过函数式的方式改编后,一些变得清晰起来~

从这个角度来说,函数式编程其实也可以是一种编程思维,它无法帮你立即获得更好的职位,但却可以从某种程度上改变你编程的思维,让你写出更优秀的代码。

结语:

最近几年,很多新火起来的概念,但它们其实早在上世纪就已经被发明出来,无论时机器学习,深度学习,Python语言,还是函数式编程。

这是为什么呢?这是因为这些技术的边界发生变化,或者说这个时代的技术边界变了。

每个时代都有每个时代的技术边界,真正的工程师会知道边界在哪里,只有外行才会无法无边。

巴菲特说他不投资自己不懂的东西,正是因为他给自己的划定了一个边界。

苹果公司能够成功的一个重要原因正是因为它清楚得知道时代的边界,并且能在边界内做到最好。

你看苹果很多产品都具有划时代的意义是吧,但其实那些产品都不是苹果首创,比如智能手机,最早是日本公司 DOCOMO 发明,个人平板电脑是英国首先发明。

IPod,MP3 也是韩国先出品的。苹果公司用的很多技术甚至在 30 年前就有了,但为什么直到被发明出来才为人们所知?

正是因为苹果了解时代的技术边界,并在边界内做到最好。

往小了说,当我们在学习新的技术,或是使用新技术完成某项工作的时候,我们一定要直到它的边界在哪里。

往大了说,我们应该像苹果一样,多多思考这个时代的技术边界在哪里,这样才不至于陷入无休止的技术追赶之中。



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