Функции первого класса. Функциональное программирование

Это серия статей о функциональном программировании:

1. Парадигмы программирования
2. Композиция
3. Функторы
4. Каррирование
5. Чистые функции
6. 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

Рассмотрим примеры каждого пункта.

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

const nums = [1, 2, 3, 4, 5]

const addOne = (n) => n + 1

const addedOne = nums.map(addOne) // [2, 3, 4, 5, 6]

Есть функция 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

const makeCounter = () => {
  let count = 0
  return () => ++count
}

const counter = makeCounter()

counter() // 1
counter() // 2
counter() // 3
counter() // 4

Функция 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

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!

Мы можем хранить функции в массивах и, как вы уже догадались, мы также можем хранить их в объектах и так же перебирать их.

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.

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.

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 с makeCounter. 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

Рассмотрим каждую строчку. Строка 1: 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:

const add5 = (y) => 5 + y 

Строка 4: точно такая же, как и строка 3. Выполнение add(10) вернет функцию со значением 10 внутри нее. Компилятор/Оптимизатор поймет это именно так:

const add10 = (y) => 10 + y

Строка 6 и строка 7: это обычные вызовы функций для ранее «динамически» созданных функций 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 и add10 являются замыканиями. Почему? Потому что они имеют значения 5 и 10 соответственно, заключенные (связанные) в лексической области видимости их родителя и все еще доступные им. (Вот почему, когда мы вызываем add5(1), он будет использовать уже переданное 5 для add).

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.

Мы уже подробно разбирали масштабируемую структуру React приложения, то, как называть наши файлы, когда использовать хуки для управления побочными эффектами и т.д.:

• Структура React приложения
• Архитектура современного React приложения

В этой статье мы подробно рассмотрим работу с бизнес-логикой. Во многих случаях разработчики пишут бизнес логику прямо в компонентах. Даже опытные разработчики ограничиваются вынесением этих вычислений в кастомные хуки или какие-либо вспомогательные функции. Но все еще это оставляет проблему нерешенной. Дело в том, что даже если у нас есть более мелкие компоненты и логика перемещена в хуки или хэлперы, они буквально разбросаны повсюду неорганизованно. Возьмем, к примеру, приложение онлайн магазина, если мы хотим изменить логику в cart, скорее всего, нам также придется изменить модули product и validation. И нам обычно приходится менять как хэлперы, так и представления (не говоря уже о связанных с ними тестах).

Как обстоят дела в React

Рассмотрим проблему на более высоком уровне. Если вы внимательно посмотрите на React и согласитесь, что он отвечает только за визуальную часть нашего приложения, многие проблемы будут решены автоматически. Независимо от того, используем ли мы традиционные шаблоны MVC/MVP или их вариант MVVM, если React — это V, очевидно, нам нужно что-то еще, чтобы заполнить роль M или VM в приложении. Среди многих проектов я также обнаружил, что многие хорошие практики, которые мы используем в бэкенде, не признаны в мире фронтенда, такие как слоеная структура, паттерны проектирования и т. д. Одна из возможных причин заключается в том, что фронтенд относительно молодой и ему нужно некоторое время, чтобы наверстать упущенное. Например, в типичном приложении Spring MVC у нас были бы controller, service и repository, и каждый разработчик принимает причину такого разделения: controller не содержит бизнес-логики, service не знает, как модель отображается или сериализуется для пользователей, а repository работает только о доступом к данным. Однако во фронтенд-приложениях на React из-за отсутствия встроенной поддержки (например, отсутствия контроллеров или слоя репозитория) мы вместо этого пишем этот код в компоненты. И это приведет к тому, что бизнес-логика будет повсюду. Итерации станут медленными, а качество кода низким.

Утечка бизнес-логики

Мы можем назвать эту ситуацию утечкой бизнес-логики, имея в виду, что бизнес-логика должна была быть размещена в правильное место, и по какой-то причине была размещена неправильно. Хотя у нас нет подходящего механизма для правильного размещения, в результате бизнес логика написана везде где удобно (в компонентах, хуках и вспомогательных функциях). Сложно уловить такую утечку в коде. Вы должны уделять больше внимания, чтобы увидеть такие ситуации. Вот несколько распространенных симптомов, которые я обнаружил:

• Использование преобразователей данных
• x.y.z
• Защитное программирование

Использование преобразователей данных

Эту паттерн легко обнаружить: если вы делаете map для преобразования данных, вы, вероятно, пересекаете два ограниченных контекста (что может привести к утечке логики). Мы все видели или, возможно, писали такой код, как:

fetch(`https://example.com/api/addresses`)
.then((r) => r.json())
.then((data) => {
    const addresses = data.map((item: RemoteAddress) => ({
        street: item.streetName,
        address: item.streetAddress,
        postcode: item.postCode
    }))
    setAddresses(addresses)
});

В приведенном выше фрагменте то, что возвращает бэкэнд, не совсем соответствует тому, что потребляет UI, поэтому нам нужно преобразовать полученные данные. Мы можем использовать сервис, разработанный другой командой, или использовать сторонний сервис (например, Google Search API). Таким образом, казалось бы, безобидный код нарушил здесь несколько принципов:

• Компонент должен знать тип RemoteAddress
• Компоненту необходимо определить новый тип Address (setAddresses)
• data.map выполняет низкоуровневое сопоставление

Симптом x.y.z (нарушение закона Деметры)

Если вы используете более одного оператора точки ., вероятно, это означает, что отсутствуют некоторые концепции. person.deliveryAddress лучше, чем person.primaryAddress.street.streetNumber + person.primaryAddress.suburb так как первый вариант правильно скрывает детали. Приведенный ниже код показывает, что ProductDialog слишком много знает о product, и как только структура product изменится, нам придется менять множество мест (тесты и компоненты)

const ProductDialog = (props) => {
  const { product } = props;
  if(product.item.type === 'Portion') {
    //do something
  }
}

Здесь мы имеем дело с данными, а не с моделью. Таким образом, product.isPortion() будет более значимым, чем проверка необработанных данных.

Защитное программирование

Во многих проектах люди склонны делать слишком много в компоненте, и это создает много шума в коде. Например:

const ProductDetails = (props) => {
  const { product } = props
  const { item } = product
  const { media } = item as MenuItem
  
  const title = (media && media.name) || ''
  const description = (media && media.description) || ''
  return (
    <div>
      {/* product details */}
    </div>
  )
}

Обратите внимание, что мы проверяем на null и предоставляем запасное значение в компоненте. Однако мы должны выполнять этот тип логики в специально отведенном месте.

Как решить проблему?

На практике мы можем попробовать двухэтапный подход к решению проблемы.

1. Регулярный рефакторинг
2. Создание моделей

Регулярный рефакторинг

Во-первых, мы можем выполнить рефакторинг, как обычно в других случаях, когда мы видим некоторую логику в компонентах React. Например, переместив логику/вычисления из:

• Использования преобразователей данных
• x.y.z
• Защитного программирования

во вспомогательные функции. Возьмем, к примеру, преобразователь данных выше. Мы можем извлечь анонимную функцию в именованную функцию и переместить ее в отдельный файл:

const transformAddress: Address = (address: RemoteAddress) => {
    return ({
        street: datum.streetName,
        address: datum.streetAddress,
        postcode: datum.postCode
    })
}
//...
const addresses = data.map(transformAddress)

Также иногда бывает нужно преобразовать аббревиатуры в текст такие как VIC или NSW, но нам нужно показать их в полном тексте на странице как Victoria или New South Wales.

const states = {
  vic: "Victoria",
  nsw: "New South Wales",
  //...
};

const transformAddress: Address = (address: RemoteAddress) => {
  return {
    street: address.streetName,
    address: address.streetAddress,
    postcode: address.postCode,
    state: states[address.state.toLowerCase()]
  };
};

Точно так же мы можем использовать функцию, для проверки title и description и вывода запасного значения:

const getTitle = (media) => (media && media.name) || ''
const getDescription = (media) => (media && media.description) || ''

По мере добавления все больше и больше логики, такой transformAddress и getTitle, они будут перемещаться в helpers.ts, в конечном итоге у нас будет огромный файл. Это означает, что он станет нечитаемым и будет иметь высокие затраты на обслуживание. Мы можем разделить файл на модули, но связи между этими функциями могут затруднить их понимание. Это похоже на проблему, с которой мы сталкивались до объектно-ориентированного программирования - у нас слишком много модулей и функций в каждом модуле, и слишком сложно ориентироваться в них. Другими словами, нам нужен лучший способ организации этих вспомогательных функций. К счастью, нам не нужно изобретать велосипеды. Нам может помочь объектно-ориентированное программирование. Просто используя классы и инкапсуляцию в ООП, мы можем легко сгруппировать эти функции и сделать код намного более читабельным. Чтобы сгруппировать код создадим модели.

Создание моделей

Короче говоря, создание моделей — это объединение данных и поведения, сокрытие деталей и обеспечение общего API для потребителей. Например, мы не должны использовать product.item.type === 'Portion', вместо этого мы должны создать класс Product, и у него есть isPortion для их потребителей. Это очень распространено в бэкенд-сервисах, но не получило широкого распространения в мире фронтенда. Причина в том, что, как упоминалось выше, люди упускают из виду, что React отвечает только за визуализацию. И здоровое фронтенд-приложение должно иметь и другие части. Ему нужны модели и логика для взаимодействия с серверной частью, даже для ведения логирования. Возвращаясь к приведенному выше примеру, определив класс Address для замены анонимной функции внутри data.map, мы получим:

class Address {
  constructor(private addr: RemoteAddress) {}
  get street() {
    return this.addr.streetAddress;
  }
  get postcode() {
    return this.addr.postcode;
  }
}

Нет никакой разницы в использовании:

const AddressLine = ({ address }: { address: Address }) => (
  <li>
    <div className="result">{address.street}</div>
  </li>
);

Единственное, что нужно изменить, это заменить transformAddress на new Address:

const addresses = data.map((addr: RemoteAddress) => new Address(addr))

И для частного члена/функции для перевода названия штата:

private readonly states = {
  vic: "Victoria",
  nsw: "New South Wales",
  //...
};

get state() {
  return this.states[this.addr.state.toLowerCase()];
}

Структура теперь намного точнее. states теперь является приватным членом класса Address. Класс хорош тем, что он объединяет всю связанную логику в одну часть, что делает его изолированным и простым в обслуживании. Размещение всей связанной логики в одном месте имеет и другие преимущества. Во-первых, такое разделение делает тестирование простым и надежным, поскольку компоненты зависят от модели (а не от исходных данных). Нам не нужно готовить данные с нулевым значением или значения вне границ предусмотренных значений для тестов компонентов. Точно так же модель тестирования больше фокусируется на данных и логике (пустое значение, проверка и запасное значение). Во-вторых, согласованность повышает вероятность его повторного использования в других сценариях. Наконец, если нам нужно переключиться на другую стороннюю службу, нам нужно только изменить модели, и представления могут остаться нетронутыми. По мере того, как создается все больше и больше моделей, нам может понадобиться целый слой для них. Эта часть кода не знает о существовании компонентов пользовательского интерфейса и связана исключительно с бизнес-логикой.

Итоги

Инкапсуляция бизнес-логики, даже в контексте тонких клиентов, является относительно большой темой. В этой статье мы рассмотрели несколько симптомов утечки бизнес-логики и то, как с ними бороться. Проводя регулярный рефакторинг, мы можем гарантировать, что компоненты отвечают только за рендеринг данных и не должны выполнять какие-либо вычисления или сопоставление данных. Мы должны разделить эту логику на чистые файлы JavaScript (а не jsx/tsx). И с помощью создания моделей мы можем использовать объекты только для того, чтобы скрыть детали доступа к данным. Преимущества этого подхода заключаются в том, что тестирование как модели, так и представлений значительно упрощается, легче отслеживать изменения бизнес-требований и гораздо более простой код в представлениях (поскольку большая часть этого делается в моделях).