函数式编程-纯函数

定义

实际上纯函数的定义更近似于数学上的函数的定义，数学上的函数定义如下：

设A，B是非空的数集，如果按照某种确定的对应关系f，使对于集合 A 中的任意一个数 x，在集合B中都有唯一确定的数 y 和它对应，那么就称 f:A->B 为从集合A 到集合B 的一个函数。

而纯函数的定义为：

纯函数定义为这样一种函数：对于相同的输入，其输出的结果永远是相同的，而且没有可见的副作用。

从定义上可以看出，纯函数和数学上的函数都有要求：对于任意相同输入，其输出结果都是 唯一确定 的，不存在一个输入对应于多个输出结果的情况。

纯函数和非纯函数很经常看到，比如数组的 slice 和 splice 函数，一个是纯函数，一个就是非纯函数：

slice 函数是纯函数，执行结果是可预计的、可靠的，每次输入相同的参数，执行操作的结果都一致：

var arr = [1, 2, 3, 4];

// 纯函数的示例：
arr.slice(0, 2);
// [1, 2]

arr.slice(0, 2);
// [1, 2]

而 splice 函数不是纯函数，输入相同的参数，每次操作的结果都不一致：

// 非纯函数的示例：
arr.splice(0, 2);
// [1, 2]

arr.splice(0, 2);
// [3， 4]

arr.splice(0, 2);
// []

副作用

前面提到纯函数不存在副作用，副作用的影响是这样的：

副作用表示在运算过程中，系统状态的改变或者与外部进行的可观察的交互。如果一个函数与外部的可变状态发生了交互，则认为函数是有副作用的。

可以看个例子：

var minAge = 21;

// 存在副作用的函数
var checkAge = age => age > minAge;

// 不存在副作用的函数
var checkAge = age => {
  var minAge = 21;
  return age > minAge;
}

从以上示例可以看到，对于同一个输入，第一个函数存在副作用，这个函数的行为不光取决于函数的参数，而且依赖外部变量 minAge ，如果外部修改了 minAge 的值，函数的执行结果可能发生改变，这种改变是不可预期的，而第二个函数不存在副作用，没有使用或修改任何的外部变量，因此可以保证它的输出结果始终是不会发生改变的。

对于一个系统而言，依赖外部系统环境的状态会造成额外的复杂度，而使用纯函数可以有效降低系统的复杂度，而且还有一些其他的特性：

纯函数的特性

纯函数具有很多可靠的特性：

可缓存性

因为纯函数的输出结果是确定的，只和输入有关，因此对于复杂运算可以将结果存储起来，下次直接使用。

如下定义了一个非常耗时的操作：

var complexFunc = (val) => {
  // 耗时的操作
  for(var i = 0; i < 100000000; i ++) {}
  return val ++;
}

console.time('timer');
complexFunc(1);
console.timeEnd('timer');
// timer: 257ms

// 重复调用，函数重新运行，运行时间没有怎么发生变化。
console.time('timer');
complexFunc(1);
console.timeEnd('timer');
// timer: 227ms

这个操作执行较慢，每次都要花费大量时间，但是这是个纯函数，每次执行的结果是可预期的，因此，可以对其执行结果进行缓存：

//一个缓存函数结果的简单的实现
var memoize = function(f) {
  var _cache = {};

  return function() {
    var argsStr = JSON.stringify(arguments);
    _cache[argsStr] = _cache.hasOwnProperty(argsStr) ? _cache[argsStr] : f(arguments);
    return _cache[argsStr];
  }
}

var memoizedFunc = memoize(complexFunc);

然后再次执行这个函数：

// 第一次执行未缓存
console.time('timer');
memoizedFunc(1);
console.timeEnd('timer');
// timer: 250ms

// 此时运行结果已经被缓存，运行速度大幅增加。
console.time('timer');
memoizedFunc(1);
console.timeEnd('timer');
// timer: 0.0149ms

通过将执行结果缓存起来，虽然第一次调用的执行时间人就很长，但是当函数第二次被调用的时候，可以直接从缓存的数据中读取结果，函数的时间大大缩短。

可并行化

因为纯函数不需要访问共享数据，不会受外部状态影响而进行资源竞争，纯函数可以很容易的实行并行代码或者并行操作。

参考

• mostly-adequate-guide