Что такое функтор? Функциональное программирование
2 года назад·5 мин. на чтение
В этой статье на простых и доступных примерах рассмотрим одну из концепций функционального программирования - Функтор.
Это серия статей о функциональном программировании:
Функтор
Как мы обсуждали ранее, нам нужна только обертка, которая абстрагируется от обработки данных. Итак, роль функтора Имплементация функтора
Как использовать функтор
С валидными данными:
Функтор Решение задачи с функтором
Комментарии к решению с функтором
Мы смогли улучшить традиционное решение при помощи функтора
- Парадигмы программирования
- Композиция
- Функторы (рассматривается в этой статье)
- Каррирование
- Чистые функции
- Функции первого класса
Что такое функтор?
Функтор (functor) это:- обертка над значением,
- предоставляет интерфейс для преобразование (map),
- подчиняется законам функтора (поговорим о них позже).
Примеры функторов
- Массив (
Array
), - Промис (
Promise
).
Почему массив - функтор?
Вспомним определение функтора:- обертка над списком значений,
- предоставляет интерфейс для преобразования - метод
map
, - подчиняется законам функтора.
[1, 2, 3] // обернутое значение .map( // интерфейс для преобразования значения x => x * 2 )
Почему промис - функтор?
Промис это:- обертка над любым значением из JavaSctipt типов,
- предоставляет интерфейс для преобразования - метод
then
, - подчиняется законам функтора.
const promise = new Promise((resolve, reject) => { resolve( { data: "value" } // обернутое значение, в данном случае объект ) }); promise .then( // интерфейс для преобразования значения response => console.log(response) );
Что объединяет массив (или промис) и функтор?
Функтор - это паттерн проектирования, аArray
и Promise
- типы данных, которые основаны на этом паттерне.
Почему мы говорим, что массив и промис - функторы?
Чтобы понять, что функторы ближе чем кажутся. Массив и промис легко понять, при это они являются мощной концепцией. Мы используем их ежедневно, даже не подозревая об их сущности.Где использовать функторы?
Немного поговорив о функторах и связав их с нашим повседневным использованием, было бы разумно рассмотреть их подробнее. Чтобы лучше понять идею функтора, создадим свои собственные функторы. Для начала рассмотрим такую задачу. Предположим, есть следующий кусочек данных.{ products: [ { name: "All about JavaScript", type: "book", price: 22, discount: 20 } ] }
Постановка задачи
Найти финальную цену первого товара с учетом скидки. Если по какой-либо причине будут переданы неправильные данные, вывести строку "No data".Шаги алгоритма
- Найти первый продукт со скидкой,
- Применить скидку,
- Продолжать проверку данных на валидность. Если данные не валидны - вернуть "No data".
Традиционное решение
const isProductWithDiscount = product => { return !isNaN(product.discount) } const findFirstDiscounted = products => { products.find(isProductWithDiscount) } const calcPriceAfterDiscount = product => { return product.price - product.discount } const findFinalPrice = (data, fallbackValue) => { if(!data || !data.products) return fallbackValue const discountedProduct = findFirstDiscounted(data.products) if(!discountedProduct) return fallbackValue return calcPriceAfterDiscount(discountedProduct) } findFinalPrice(data, "No data")
Комментарии к традиционному решению
Достоинства:- Атомарные логические единицы (
isProductWithDiscount
,findFirstDiscounted
иcalcPriceAfterDiscount
), - Логику защищена от невалидных данных.
- Cлишком много защитных проверок. (Защитное программирование (Defensive programming) является обязательным в любом отказоустойчивом программном обеспечении. Однако, в нашем коде 50% тела функции
findFinalPrice
— проверка на валидность данных. Это слишком много). fallbackValue
почти везде.
Почему нас волнуют эти улучшения?
Потому что данный код заставляет слишком в него вникать. Это негативно влияет на DX (Developer Experience) - уровень удовлетворенности разработчика от работы с кодом. Проанализируем код, чтобы прийти к лучшему решению. Части, которые мы стремимся улучшить, формируют паттерны (защита (defence) и откат (fallback)). Хорошо то, что эти части на самом деле цельные и атомарные. Мы должны иметь возможность абстрагировать этот паттерн в оболочку, которая могла бы обрабатывать эти крайние случаи вместо нас. Обертка позаботится о крайних случаях, а нам останется позаботиться только о бизнес-логике.Функтор Maybe
Как мы обсуждали ранее, нам нужна только обертка, которая абстрагируется от обработки данных. Итак, роль функтора Maybe
состоит в том, чтобы обернуть наши данные (потенциально невалидные данные) и обработать для нас крайние случаи.
Имплементация функтора Maybe
function Maybe(value) { const isNothing = () => { return value === null || value === undefined } const map = (fn) => { return isNothing() ? Maybe() : Maybe(fn(value)) } const getValueOrFallback = { return (fallbackValue) => isNothing() ? fallbackValue : value; } return { map, getValueOrFallback, }; }
Пояснения к имплементации
isNothing
проверяет валидно ли обернутое в функторMaybe
значениеmap
- интерфейс для преобразования обернутого значения, с помощью которого мы применяем функции с бизнес логикой к обернутому значению.map
возвращает новое значение в другом экземпляреMaybe
. Таким образом, мы можем сделать цепочку вызововmap
-.map().map().map...
.getValueOrFallback
возвращает обернутое значение или запасное значениеfallbackValue
.
Как использовать функтор Maybe
?
С валидными данными:
С невалидными данными:Maybe('Hello') .map(x => x.substring(1)) .getValueOrFallback('fallback') // 'ello'
Maybe(null) .map(x => x.substring(1)) // функция не будет запущена .getValueOrFallback('fallback') // 'fallback'
Maybe
обработал крайние случаи вместо нас и не запустил функцию с невалидными данными. Нам нужно лишь позаботиться о бизнес логике. Таким образом, мы внедрили улучшение, о котором говорили в традиционном решении. Внедрим это решение в задачу.
Решение задачи с функтором Maybe
const isProductWithDiscount = product => { return !isNaN(product.discount) } const findFirstDiscounted = products => { return products.find(isProductWithDiscount) } const calcPriceAfterDiscount = product => { return product.price - product.discount } Maybe(data) .map((x) => x.products) .map(findFirstDiscounted) .map(calcPriceAfterDiscount) .getValueOrFallback("No data")
Комментарии к решению с функтором Maybe
Мы смогли улучшить традиционное решение при помощи функтора Maybe
:
- мы не защищаем код сами, вместо нас это делает функтор
Maybe
, - мы указали
fallbackValue
только один раз.
Maybe
соответствует определению функтора? Функтор Maybe
это:
- обертка над любым значением из JavaScript типов,
- предоставляет интерфейс для преобразования - метод
map
, - подчиняется законам функтора.
Законы функторов
Закон идентичности (Identity law)
Если при выполнении операции преобразования, значения в функторе преобразовываются сами на себя, результатом будет немодифицированный функтор.const m1 = Maybe(value) const m2 = Maybe(value).map(v => v) // m1 и m2 эквивалентны
Закон композиции (Composition law)
Если две последовательные операции преобразования выполняются одна за другой с использованием двух функций, результат должен быть таким же, как и при одной операции отображения с одной функцией, что эквивалентно применению первой функции к результату второй.const m1 = Maybe(value).map(v => f(g(v))) const m2 = Maybe(value).map(v => g(v)).map(v => f(v)) // m1 и m2 эквивалентны
Зачем использовать функторы?
- Абстракция над применением функции,
- Усиление композиции функций,
- Уменьшение количества защитного кода (как в функторе
Maybe
), - Более чистая структура кода,
- Переменные более явно указывают на то, что мы ожидаем (что
Maybe
моделирует значение, которое может присутствовать, а может и не присутствовать).
Что означает Абстракция над применением функции?
То, что мы передаем функцию (т.е.x => x.products
) в интерфейс преобразования (т.е. map
) обертки (т.е. Maybe
), и она знает, как позаботиться о себе (посредством своей внутренней реализации).
Нас не интересуют детали реализации оболочки, которые она содержит (детали реализации скрыты), и тем не менее мы знаем, как использовать обертку (Array
или Promise
), используя их интерфейсы преобразования (map
).
И это на самом деле крайне важно в мире программирования. Это снижает планку того, как много мы, как программисты, должны понимать, чтобы иметь возможность что-то сделать. Функторы могут быть реализованы на любом языке, поддерживающем функции высшего порядка (а таких в наши дни большинство).
Почему функторы не используются повсеместно?
Просто потому, что мы к ним не привыкли. До.map
(и .then
) мы мутировали массивы или перебирали их значения вручную. Но как только мы обнаружили .map
, мы начали адаптировать его в качестве нового инструмента преобразования. Я надеюсь, что, поняв ценность функторов, мы начнем чаще внедрять их в наши ежедневные задачи как привычный инструмент.
Функтор Maybe
- лишь пример функтора. Существует множество функторов, которые выполняет различные задачи. В этой статье мы рассмотрели самый простой из них, чтобы понять саму идею функторов.
Итоги
Функтор как паттерн проектирования - это простой, но очень мощный паттерн. Мы используем его ежедневно в различных типах данных, не догадываясь об этом. Было бы здорово, если мы сможем распознавать и ценить функторы немного больше и выделять им больше места в кодовой базе, потому что они делают код чище и дают нам больше возможностей.Функции первого класса. Функциональное программирование
2 года назад·4 мин. на чтение
В этой статье на простых и доступных примерах рассмотрим одну из концепций функционального программирования - Функции первого класса.
Это серия статей о функциональном программировании:
Итак, вы спросите себя: «Хорошо, я понимаю взаимосвязь между функциональным программированием и математикой, но как первоклассные функции сделают возможными все эти преимущества?»
Очень хороший вопрос. Так как функциональное программирование полностью зависит от наличия привилегий функций, функции первого класса — это краеугольный камень для всех концепций функционального программирования.
Наличие в языке программирования функций первого класса позволяет иметь удивительные шаблоны, которые рассмотрим далее.
Рассмотрим каждую строчку.
Строка 1:
- Парадигмы программирования
- Композиция
- Функторы
- Каррирование
- Чистые функции
- Функции первого класса (рассматривается в этой статье)
Что такое функция первого класса?
Считается, что язык программирования поддерживает функции первого класса, если он не имеет ограничений на то, как функции могут создаваться или использоваться. Говорят, что язык программирования имеет функции первого класса, когда функции в этом языке рассматриваются как любая другая переменная. В общем, языки программирования накладывают ограничения на способы манипулирования вычислительными элементами. Говорят, что элементы с наименьшими ограничениями имеют статус первого класса. Вот некоторые из "прав и привилегий" первоклассных элементов:- Может быть назначен обычным переменным
- Передаются в качестве аргументов функциям
- Возвращается как результат функций
- Входит в любые структуры данных
Особенности функций первого класса
1. Функция первого класса может быть назначена обычным переменным
const string = "Foo" const num = 2 const bool = false const greet = (name) => `Hello ${name}` // ...другие примитивные типы данных greet('John') // Hello John
2. Функция первого класса передается в качестве аргумента в другие функции
Есть функцияconst nums = [1, 2, 3, 4, 5] const addOne = (n) => n + 1 const addedOne = nums.map(addOne) // [2, 3, 4, 5, 6]
addOne
, которая обрабатывается как переменная и передается в функцию .map
. При этом функция addOne
действительно является функцией первого класса.
3. Функция первого класса возвращается как результат функции
Функцияconst makeCounter = () => { let count = 0 return () => ++count } const counter = makeCounter() counter() // 1 counter() // 2 counter() // 3 counter() // 4
makeCounter
вернула функцию, которую мы присвоили переменной счетчика. Где переменная counter
теперь содержит обычную функцию.
4. Функция первого класса входит в любые другие структуры данных
Мы можем хранить функции в массивах и, как вы уже догадались, мы также можем хранить их в объектах и так же перебирать их.const wakeUp = name => `${name}, wake up early!` const takeShower = name => `${name}, take shower!` const workout = name => `${name}, workout!` const shutUp = name => `${name}, shut up!` const morningRoutines = [ wakeUp, takeShower, workout, shutUp ] morningRoutines.forEach(routine => routine('John')) // John, wake up early! // John, take shower! // John, workout! // John, shut up!
Почему функции первого класса важны
Функциональное программирование находится под сильным влиянием математики. Функциональное программирование хотело бы, чтобы математика была включена в каждую строку кода. Хотя математика состоит только из функций и переменных, она все равно очень мощная и выразительная. Это то, что пытается сделать и функциональное программирование - решать каждую отдельную проблему с использованием функций и только функций. Когда вы в языке программирования можете обращаться с функцией так же просто, как с переменной, этот язык будет гораздо более гибким и откроет много возможностей для улучшений. Функциональное программирование сделает ваш код более предсказуемым, тестируемым, повторно используемым, настраиваемым, кэшируемым, поддерживаемым, компонуемым и читабельным.Паттерны на основе функций первого класса
1. Функции высшего порядка (Higher-order functions)
Функции считаются функциями высшего порядка, когда они принимают функции в качестве аргументов (например, большинство методов Array,.map
, .filter
, .reduce
, .every
) и/или возвращают функцию в качестве результата (точно так же, как makeCounter
).
2. Замыкания
Замыкание — это функция, возвращаемая «родительской» функцией, и имеющая доступ к внутреннему состоянию родительской функции. Как и в предыдущем примере сmakeCounter
.
Чтобы уточнить, приведем еще один пример.
/*1*/ const add = (x) => (y) => x + y /*2*/ /*3*/ const add5 = add(5) // add5 = (y) => 5 + y /*4*/ const add10 = add(10) // add10 = (y) => 10 + y /*5*/ /*6*/ add5(1) // 6 /*7*/ add10(1) // 11
add
— это функция, которая принимает первый параметр x
и возвращает анонимную функцию, которая принимает второй параметр y
и возвращает x + y
.
Строка 3: выполнение add(5)
вернет функцию со значением 5
внутри нее. Компилятор/оптимизатор поймет это именно так:
Строка 4: точно такая же, как и строка 3. Выполнениеconst add5 = (y) => 5 + y
add(10)
вернет функцию со значением 10
внутри нее. Компилятор/Оптимизатор поймет это именно так:
Строка 6 и строка 7: это обычные вызовы функций для ранее «динамически» созданных функцийconst add10 = (y) => 10 + y
add5
и add10
.
После понимания того, что делает каждая строка, разберемся в терминологии для add
, add5
и add10
:
add
— функция высшего порядка. Почему? Потому что она возвращает функцию.- Но
add5
иadd10
являются замыканиями. Почему? Потому что они имеют значения5
и10
соответственно, заключенные (связанные) в лексической области видимости их родителя и все еще доступные им. (Вот почему, когда мы вызываемadd5(1)
, он будет использовать уже переданное5
дляadd
).