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
).
3. Каррирование
Это механизм применения концепции ленивых вычислений. Его мы подробно рассматривали в отдельной части.Итоги
Функции первого класса — это не шаблон, это особенность языка программирования. Эта возможность позволяет легко обращаться с функциями как с переменными без ограничений. Наличие этой возможности делает язык более мощным и готовым к функциональному программированию. В таком языке мы можем создавать очень мощные утилиты, такие как функции высшего порядка, замыкания, каррирование и многое другое.Композиция функций. Функциональное программирование
2 года назад·5 мин. на чтение
Композиция — это способ построения больших модулей из более мелких. В этой статье подробно рассмотрим композицию на примере JavaScript.
Это серия статей о функциональном программировании:
Пример работы функции
Рассмотрим пример с более конкретными функциями:
Функция
Реализация
Добавим
Добавим для всех параметров, кроме
- Парадигмы программирования
- Композиция (рассматривается в этой статье)
- Функторы
- Каррирование
- Чистые функции
- Функции первого класса
Что такое композиция функций?
Композиция — это процесс объединения небольших единиц в более крупные, которые решают более крупные задачи. При композиции входные данные одной функции приходят из выходных данных предыдущей.Как работает композиция?
Математическая запись определения композиции выглядит следующим образом:В JavaScript композиция, где(f ∘ g)(x) = f(g(x))
f
и g
- это функции, будет выглядеть так:
Функцияconst compose = (f, g) => (x) => f(g(x))
compose
является композицией функций f
и g
. Выходные данные функции g
будут переданы на вход функции f
. По другому эта запись выглядела бы следующим образом:
const compose = (f, g) => { return (x) => { const gResult = g(x) const fResult = f(gResult) return fResult } }
Пример работы функции compose
Рассмотрим пример с более конкретными функциями:
Теперь составим композицию из этих маленьких функций -const getAge = (user) => user.age const isAgeAllowed = (age) => age >= 30
getAge
и isAgeAllowed
:
const user = { name: 'John', age: 35 } const isAllowedUser = compose( isAgeAllowed, getAge ) isAllowedUser(user) // true
compose
выполняет функции справа налево. Мы отправляем объект user
в функцию isAgeAllowed
. Далее user
попадает сначала в getAge
, потом результат этой функции попадает в isAgeAllowed
.
compose
и pipe
Функция pipe
очень похожа на функцию compose
. Они выполняют одну и ту же роль. Обе объединяют функции в цепочки. Однако их реализация и порядок выполнения функций отличается.
Реализация compose
и pipe
compose
реализован следующим образом:
const compose = (...fns) => { return (x) => fns.reduceRight((acc, fn) => fn(acc), x) }
pipe
реализован следующим образом:
Они отличаются лишь в применении функцииconst pipe = (...fns) => { return (x) => fns.reduce((acc, fn) => fn(acc), x) }
reduce
и reduceRight
. Это влияет лишь на порядок выполнения функций.
Порядок выполнения функций
compose
выполняет функции справа налево.
pipe
выполняет функции слева направо.
Пример
Предположим имеется 3 функции:f
, g
и h
.
При использовании compose
:
Порядок выполнения функций будет такимcompose(f, g, h) ← ← ←
h
, g
и далее f
(справа налево). И выходные данные будут передаваться в следующую функцию.
При использовании pipe
:
Порядок выполнения функций будет такимpipe(f, g, h) → → →
f
, g
и далее h
(слева направо). И выходные данные будут передаваться в следующую функцию.
Какую функцию использовать?
compose
и pipe
не сильно отличаются друг от друга. Они решают одну и ту же задачу. compose
ближе к математической нотации (f ∘ g)(x) = f(g(x))
. С pipe
визуально легче воспринимать порядок выполнения функций.
Реальный пример
В следующих примерах будем использоватьpipe
. Предположим, нужно сделать простой калькулятор цен, в котором нужно применить:
- налог (30%, по умолчанию),
- сервисный сбор (10у.е., по умолчанию),
- скидку,
- купон,
- цену доставки на основе веса.
const priceCalculator = ( taxPercentage = 0.3, serviceFees = 10, price, discount, percentCoupon, weight, shippingPricePerKg ) => { // реализация }
Реализация без композиции
Эта функция выполняет свою задачу, но ее сложно читать, тестировать и отлаживать.const priceCalculator = ( taxPercentage = 0.3, serviceFees = 10, price, discount, percentCoupon, weight, shippingPricePerKg ) => { return ( price - (price * percentCoupon) - discount + (weight * shippingPricePerKg) + serviceFees ) * (1 + taxPercentage) }
Реализация с композицией
Эта реализация выглядит более чистой, ее легко тестировать и отлаживать. Все это благодаря модульности.const priceCalculator = ( taxPercentage = 0.3, serviceFees = 10, price, discount, percentCoupon, weight, shippingPricePerKg ) => { const applyTax = (val) => val * (1 + taxPercentage) const applyServiceFees = (val) => val + serviceFees const applyPercentCoupon = (val) => val - val * percentCoupon const applyDiscount = (val) => val - discount const applyShippingCost = (val) => val + weight * shippingPricePerKg return pipe( applyPercentCoupon, applyDiscount, applyShippingCost, applyServiceFees, applyTax )(price) }
Запуск примера
Запустим, передав толькоprice
. Очевидно, получим неверный результат, т.к. передали не все обязательные параметры.
Сначала продебажим. Для дебагаpriceCalculator(10) // NaN
pipe
и compose
можно добавить удобную функцию inspect
. Она просто логирует в консоль входные данные и возвращает эти данные без изменений.
const inspect = (label) => (x) => { console.log(`${label}: ${x}`) return x }
inspect
в цепочку выполнения.
Результат будет примерно таким:const priceCalculator = ( taxPercentage = 0.3, serviceFees = 10, price, discount, percentCoupon, weight, shippingPricePerKg ) => { const applyTax = (val) => val * (1 + taxPercentage) const applyServiceFees = (val) => val + serviceFees const applyPercentCoupon = (val) => val - val * percentCoupon const applyDiscount = (val) => val - discount const applyShippingCost = (val) => val + weight * shippingPricePerKg return pipe( inspect('price'), applyPercentCoupon, inspect('after applyPercentCoupon'), applyDiscount, inspect('after applyDiscount'), applyShippingCost, inspect('after applyShippingCost'), applyServiceFees, inspect('after applyServiceFees'), applyTax )(price) }
Видим,priceCalculator(10) // price: undefined // after applyPercentCoupon: NaN // ...
price
- undefined
. Это произошло потому что price
- третий аргумент, а мы передаем его первым.
Быстрый фикс
Сделаем так, чтобы функция принимала один объект:Далее, используем:const priceCalculator = ({ taxPercentage = 0.3, serviceFees = 10, price, discount, percentCoupon, weight, shippingPricePerKg }) => { // ... }
Все еще получаемpriceCalculator({ price: 10 }) // price: 10 // after applyPercentCoupon: NaN // ...
NaN
, в этот раз потому что не был передан percentCoupon
и он имеет значение undefined
.
price
, значения по умолчанию.
Если запустить заново, получим результат:const priceCalculator = ({ taxPercentage = 0.3, serviceFees = 10, price, discount = 0, percentCoupon = 0, weight = 0, shippingPricePerKg = 0 }) => { // ... }
Это пример того как композиция позволяет нам тестировать и исправлять код проще и быстрее, просто проверяя области, которые вызывают подозрения. Проблема, которую мы отлаживали, была очень простой. Когда мы переходим к более масштабным модулям, все становится еще более трудным для проверки. Большие атомарные функции трудно поддерживать. Разделение функций на более мелкие упрощает отладку, тестирование, поддержку и разработку функций.priceCalculator({ price: 10 }) // 26
Для чего нужна композиция?
Композиция это объединение меньших модулей в более крупные. Если мы думаем оперируем модулями (что обеспечивается композицией), мы улучшаем:- модульное мышление,
- тестируемость,
- возможность отладки,
- поддерживаемость.