Что такое каррирование? Функциональное программирование

Это серия статей о функциональном программировании:

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

Что такое каррирование?

Каррированная функция — это функция, которая продолжает возвращать функции до тех пор, пока не будут отправлены все ее параметры.

Как работает каррирование?

Предположим, есть функция сложения add.

const add = (a, b) => a + b

Простейшая реализация каррирования — заставить функцию возвращать функцию и т. д.

const add = (a) => (b) => a + b

Эту функцию можно использовать так.

const addOne = add(1) // addOne = (b) => 1 + b

Представим, что у нас есть функция curry, которая принимает функцию и каррирует ее.

const add = curry((a, b) => a + b)

Как мы видим, curry — это функция, которая использует другую функцию для ленивой обработки параметров. Итак, теперь мы можем вызвать ее следующим образом.

const addOne = add(1) // addOne = (b) => 1 + b

Итак, сначала мы создали addOne, передав 1 в качестве первого параметра (a) каррированной функции добавления. Что привело к другой функции, которая ожидает остальные параметры, где логика добавления не будет выполняться, пока не будут предоставлены все параметры.

addOne(2) // 3

Теперь, передавая 2 (как b) в addOne выполняет логику 1 + 2.

Пояснение к функции curry

Функция curry принимает функцию и делает ее параметры ленивыми, другими словами, вы предоставляете эти параметры по мере необходимости. Так же, как addOne. Вы по-прежнему можете вызывать каррированную версию функции добавления следующим образом.

const three = add(1, 2)

Таким образом, он либо принимает аргументы по частям, либо все аргументы сразу.

Для чего нужно каррировать функции?

Каррирование делает код:

• Чище
• Уменьшает количество повторяющихся параметров и делает код более лаконичным
• Более компонуемым
• Переиспользуемым

Почему каррирование делает код лучше?

Некоторые функции принимают конфигурацию в качестве входных данных

Если у нас есть функции, которые принимают конфигурацию (начальные настройки), нам лучше их каррировать, потому что эти конфигурации, вероятно, будут повторяться снова и снова. Предположим, что у нас есть функция перевода, которая принимает локаль и текст для перевода.

const translate = (locale, text) => { /* логика перевода */ }

Использование будет выглядеть так.

translate('ru', 'Hello')
translate('ru', 'Goodbye')
translate('ru', 'How are you?')

Каждый раз, когда мы вызываем translate, мы должны указывать язык и текст. Что является избыточным для предоставления локали при каждом вызове. Но вместо этого давайте каррируем translate следующим образом.

const translate = curry(
  (locale, text) => { /* логика перевода */ }
)

const translateToRu = translate('ru')

Теперь translateToRu имеет ru в качестве locale, предоставленного каррированной функции translate, и ожидает текста. Мы можем использовать это так.

translateToRu('Hello')
translateToRu('Goodbye')
translateToRu('How are you?')

Каррирование действительно внесло улучшения, нам не нужно каждый раз указывать локаль. Вместо этого каррированная функция translateToRu содержит locale из-за каррирования. После каррирования - в этом конкретном примере код стал:

• чище
• менее многословным и менее избыточным.

Потому что мы отделили конфигурацию от фактических данных. Что очень удобно во многих случаях.

На практике

На практике у нас есть динамическая локаль (у каждого пользователя свой язык), может быть fr, en, de или что-то еще. Поэтому вместо этого лучше переименовать translateToRu в translateTo, где translateTo может быть загружен с любой локалью. Теперь у нас есть translate, который принимает locale как конфигурацию и text как данные. Благодаря тому, что translate каррирован, мы смогли отделить параметры конфигурации от данных.

Зачем отделять конфигурации от данных?

Многие компоненты и функции нуждаются в использовании некоторой функциональности (в нашем случае, translateTo), но не должны или не могут знать о части конфигурации (locale). Эти компоненты или функции имеют только часть данных (text). Таким образом, эти функции смогут использовать эту функцию без необходимости знать о части конфигурации. Таким образом, этот компонент или функция будут меньше связаны с системой, что сделает компоненты более компонуемыми и более удобными в сопровождении.

Когда применять каррирование?

Когда мы знаем, что в функции есть конфигурация и есть данные, лучше их каррировать. Каррирование даст нам возможность их разделить. И это признак зрелого дизайна системы. Потому что одним из основных столпов качества кода является разделение задач. Даже если функции нужны все параметры для правильной работы, мы все равно лучше знаем, когда передавать параметры и на каком уровне приложения.

Связь между замыканием и каррированием

Замыкание - это функция, возвращаемая «родительской» функцией и имеющая доступ к внутреннему состоянию родительской функции. Каррирование всегда приводит к замыканию. Потому что каждая функция, возвращаемая каррированной функцией, будет снабжена внутренним состоянием родителей.

Примеры каррирования

Перед тем как продолжить

Добавим некоторые утилиты, чтобы мы могли перейти к примерам. Прототип массива имеет такие утилиты, как filter, map и другие. Но они не поддерживают каррирование, потому что используют запись через точку (.). Итак, давайте конвертируем их в каррируемый формат.

const filter = (fn, list) => list.filter(fn)
const map = (fn, list) => list.map(fn)
const startsWith = (starter, s) => s.startsWith(starter)

Теперь мы можем использовать их так.

const lessThan21 = user => user.age < 21

// Вместо такого использования...
const filteredUsers = users.filter(lessThan21 )

// ...будем использовать такое
const filteredUsers = filter(lessThan21, users)

Мы исключили запись через точку и передали обработанные данные в качестве последнего параметра. Затем мы их каррируем. Функция curry будет принимать функцию и возвращать каррированную функцию.

const filter = curry((fn, list) => list.filter(fn))
const map = curry((fn, list) => list.map(fn))
const startsWith = curry((starter, s) => s.startsWith(starter))

Пример 1

Дан список чисел, нужно увеличить все числа на 1. Вход: [1, 2, 3, 4, 5] Выход: [2, 3, 4, 5, 6] Реализация:

// каррированная функция add была определена ранее
const addOne = add(1)
const incrementNumbers = map(addOne)
const incrementedNumbers = incrementNumbers(numbers)

Пример 2

Дана строка, оставить все слова, начинающиеся с буквы c. Вход: "currying javascript function” Выход: “currying” Реализация:

const startsWithC = startsWith('c')
const filterStartsWithC = filter(startsWithC)
const filteredWords = filterStartsWithC(words)

Пример 3

Дан список диапазонов и список чисел. Создайте массив функций, которые могут фильтровать числа на основе предоставленных диапазонов.

const ranges = [
  { min: 10, max: 100 }, 
  { min: 100, max: 500 }, 
  { min: 500, max: 999 }
]
const numbers = [30, 50, 110, 200, 650, 700, 1000]
// 30 и 50 в первом диапазоне
// 110 и 200 во втором диапазоне
// 650 и 700 в третьем диапазоне
// 1000 не принадлежит ни одному диапазону

Выход: массив функций. Каждая функция может принимать числа и возвращать отфильтрованные числа, которые находятся в заданном диапазоне.

const isInRange = curry(
  (range, val) => val > range.min && val < range.max
)

const filters = ranges.map((range) => filter(isInRange(range)))

В этом примере есть двойное каррирование, filter и isInRange. filters теперь представляют собой список функций, каждая из которых ожидает numbers для обработки.

Для лучшего понимания можно развернуть каррирование и вместо этого использовать обычные функции.

const isInRange = (range, val) => val > range.min && val < range.max

const filters = ranges.map(
  (range) => (numbers) => numbers.filter(
    number => isInRange(range, number)
  )
)

Итоги

Каррирование просто делает параметры ленивыми. Когда функция продолжает возвращать функцию до тех пор, пока все ее аргументы не будут выполнены, она вычисляет и возвращает результат. Мы также увидели, как это делает наш код чище, более оаконичным, более компонуемым и даже более пригодным для повторного использования на практических примерах. И это тоже является примером принципа разделения ответственности.

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.