Чистые функции. Функциональное программирование

Это серия статей о функциональном программировании:

1. Парадигмы программирования
2. Композиция
3. Функторы
4. Каррирование
5. Чистые функции (рассматривается в этой статье)
6. Функции первого класса

Что такое чистая функция?

Чистая функция — это функция, которая является детерминированной и не производит побочных эффектов.

Характеристики чистой функции

️1. Чистые функции должны быть детерминированными

Детерминированная функция — это функция, которая при одном и том же входе x всегда должна иметь один и тот же результат y.

Примеры недетерминированных функций

1. Math.random

const getRandom = () => Math.random()

2. ФункцииDate

const getDate = () => Date.now()

3. getUsers

const getUsers = await fetch('/users')

Функция getUsers недетерминирована, потому что пользователи могли обновиться, нет подключения к интернету, сервер может быть недоступен или что-то еще.

Комментарии к примерам

Эти примеры считаются недетерминированными, потому что для одних и тех же входных данных выходные данные будут отличаться. Детерминизм означает, что функция никогда не изменит результат при одних и тех же входных данных.

️2. Чистые функции не должна иметь побочных эффектов

Побочным эффектом может быть:

• Внешняя зависимость (доступ к внешним переменным, потокам ввода/вывода, чтение/запись файлов или выполнение HTTP-вызовов).
• Мутация (мутации локальных/внешних переменных или переданных аргументов по ссылке).

Чистые функции должны быть детерминированными и не должны давать никаких побочных эффектов. При этом невозможно иметь приложения с состоянием без побочных эффектов (запрос к базе данных, выполнение http-вызова, чтение пользовательского ввода или даже отображение результатов в пользовательском интерфейсе). Но в функциональном программировании есть еще несколько концепций/исправлений для этого.

Примеры побочных эффектов

1. Функция isLessThanMin

Функция с побочным эффектом

const min = 60
const isLessThanMin = value => value < min

Чистая функция

const isLessThanMin = (min, value) => value > min

Побочный эффект заключается во внешней зависимости. Для исправления используется внедрение зависимости (dependency injection).

2. Функция для вычисления квадратов чисел

Функция с побочным эффектом

const squares = (nums) => {
  for(let i = 0; i < nums.length; i++) {
    nums[i] **= 2;
  }
}

Чистая функция

const squares = (nums) => nums.map(num => num * num)

Побочный эффект заключается в наличии императивного кода, который выполняет мутации в исходном массиве по ссылке. Для исправления используется функциональный .map, который создает новый массив.

3. Функция updateUserAge

Функция с побочным эффектом

const updateUserAge = (user, age) => {
  user.age = age
}

Чистая функция

const updateUserAge = (user, age) => ({ ...user, age })

Побочный эффект заключается в мутации объекта user по ссылке. Нужно избегать изменения объектов по ссылке, вместо этого следует вернуть новый объект с новыми/обновленными свойствами.

4. Функция getFirst2Elements

Функция с побочным эффектом

const getFirst2Elements = (arr) => arr.splice(0, 2)

Чистая функция

const getFirst2Elements = (arr) => arr.slice(0, 2)

Побочный эффект заключается в мутировании arr, переданного по ссылке методом .splice. Для исправления используется функциональный метод .slice, который не изменяет сам массив.

Почему функции с побочными эффектами - плохо?

У функций с побочными эффектами есть несколько очевидных недостатков:

• Это делает функции тесно связанными с окружающей средой
• Увеличивает когнитивную нагрузку на разработчика
• Вызывает неочевидные изменения состояния
• Увеличивает кривую обучения кодовой базы разработчика
• Невозможность параллелизации
• Высокая непредсказуемость
• + потеря преимуществ чистых функций

Почему чистые функции - хорошо?

Можно вывести две основные категории улучшений. Улучшение опыта разработки (developer experience) и улучшение производительности приложений.

Улучшение опыта разработки

Принимая во внимание тот факт, что наши функции теперь детерминированы, независимы и самодостаточны. Улучшения будут очевидны.

• Предсказуемость: устранение внешних факторов и изменений среды сделает функции более предсказуемыми.
• Поддерживаемость: улучшается понимание кода.
• Композиция: независимость функций и связь только через ввод и вывод, что позволит нам легко составлять композицию функций.
• Тестируемость: самодостаточность и независимость функций выведут тестируемость на новый уровень.

Улучшение производительности

• Способность к кэшированию (мемоизация): детерминизм функций даст нам возможность предсказывать, каким будет вывод для определенного ввода, затем мы можем кэшировать функции на основе вводов.
• Возможность распараллеливания: поскольку функции теперь свободны от побочных эффектов и независимы, их можно легко распараллелить.

Есть несколько типичных ситуаций передачи данные между компонентами в React:

• от родительского компонента к дочернему;
• от дочернего компонента к родительскому;
• между соседними компонентами;
• от компонента к компоненту-потомку (через несколько уровней вниз);
• от компонента к компоненту-предку (через несколько уровней вверх).

Данные можно передавать:

• через пропсы;
• используя callback-функцию;
• пробросом пропсов от уровня к уровню (prop drilling);
• при помощи контекста (React Context AP);
• через хранилище (store);

На практике также приходится передавать данные не только между компонентами, но и между страницами. Способы передачи данных между компонентами, находящимися на разных страницах, с помощью React Router можно прочитать в статье Полное руководство по React Router v6. Часть 3 - Управление навигацией.

От родительского компонента к дочернему

Наиболее простой и часто встречающийся случай - это случай, когда дочерний компонент принимает данные от родителя через пропсы.

import { useState } from 'react'

const Parent = () => {
  const [value, setValue] = useState('')

  const handleChange = (event) => {
    setValue(event.target.value)
  }

  return (
    <div>
       <input
         type="text"
         onChange={handleChange }
       />
      {/* передаем проп в дочерний компонент */}
      <Child value={value} />
    </div>
  )
}

const Child = ({ value }) => {
  return (
    <span>Value is: {value || '<Not set>'}</span>
  )
}

От дочернего компонента к родительскому

Если необходимо передать данные от дочернего реакт компонента к родительскому, используются функции обратного вызова (callback-функции).

import { useState } from 'react'

const Child = ({ onChange }) => {
  const handleChange = (event) => {
    onChange(event.target.value) // callback-функция
  }

  return (
    <input
      type="text"
      onChange={handleChange}
    />
  )
}

const Parent = () => {
  const [value, setValue] = useState('')
  const handleChange = (value) => {
    setValue(value)
  }

  return (
    <div>
      <span>Value is: {value || '<Not set>'}</span>
      <Child onChange={handleChange} />
    </div>
  )
}

Между соседними компонентами

Данные между соседними компонентами, т.е. между компонентами на одном уровне, можно передать через общий предок. Обычно данные от одного Реакт компонента передаются вверх, в компонент-предок, через callback-функцию, а компонент-предок передает их в другой компонент через проп.

import { useState } from 'react'

const Parent = () => {
  const [value, setValue] = useState('')

  const handleChange = (value) => {
    setValue(value)
  }

  return (
    <div>
      <Sibling1 onChange={handleChange} />
      <Sibling2 value={value} />
    </div>
  )
}


const Sibling1 = ({ onChange }) => {
  const handleChange = (event) => {
    onChange(event.target.value)
  }

  return (
    <input
      type="text"
      onChange={handleChange}
    />
  )
}

const Sibling2 = ({ value}) => {
  return (
    <span>Value is: {value || '<Not set>'}</span>
  )
}

Через несколько уровней вверх/вниз

Если компоненты находится в несколько уровнях друг от друга, то также можно передать проп. Этот проп придется описывать во всех компонентах на всех промежуточных уровнях. Эта ситуация называется prop drilling. Если уровней много, то такой способ покажется не очень удобным. Если нужно передавать данные на несколько уровней вверх, то также придется описывать и вызывать callback-функцию на всех промежуточных уровнях. Однако, в подобных случаях можно использовать Context API (пример которого приведен ниже), или state management библиотеки, такие как Redux, MobX, Recoil и т.д.

import { useState, useContext, createContext } from 'react'

// создаем контекст
const ValueContext = createContext()

// Component1 записывает данные в контекст ValueContext
const Component1 = () => {
  const { setValue } = useContext(ValueContext)

  const handleChange = (event) => {
    setValue(event.target.value)
  }

  return (
    <input
      type="text"
      onChange={handleChange}
    />
  )
}

// Component2 читает данные из контекста ValueContext
const Component2 = () => {
  const { value } = useContext(ValueContext)

  return (
    <span>Value is: {value || '<Not set>'}</span>
  )
}

// компоненты, которым необходим доступ к контексту,
// должны быть обернуты в Provider
export default function App() {
  const [value, setValue] = useState('')

  return (
    <ValueContext.Provider value={{ value, setValue }}>
      <Component1 />
      <Component2 />
    </ValueContext.Provider>
  )
}

Исходный код Подробное руководство по React