JavaScript函數式編程（二）
上一篇文章 JavaScript函數式編程（一） 裏我們提到了純函數的概念，所謂的純函數就是，對於相同的輸入，永遠會得到相同的輸出，而且沒有任何可觀察的副作用，也不依賴外部環境的狀態（我偷懶復制過來的）。
但是實際的編程中，特別是前端的編程範疇裏，“不依賴外部環境”這個條件是根本不可能的，我們總是不可避免地接觸到 DOM、AJAX 這些狀態隨時都在變化的東西。所以我們需要用更強大的技術來幹這些臟活。
一、容器、Functor
如果你熟悉 jQuery 的話，應該還記得，$(...) 返回的對象並不是一個原生的 DOM 對象，而是對於原生對象的一種封裝：
1 var foo = $(‘#foo‘); 2 3 foo == document.getElementById(‘foo‘); 4 //=> false 5 6 foo[0] == document.getElementById(‘foo‘); 7 //=> true
這在某種意義上就是一個“容器”（但它並不函數式）。
接下類我們會看到，容器為函數式編程裏普通的變量、對象、函數提供了一層極其強大的外衣，賦予了它們一些很驚艷的特性，就好像 Tony Stark 的鋼鐵外衣，Dva 的機甲，明日香的2號機一樣。
下面我們就來寫一個最簡單的容器吧：
1 var Container = function(x) { 2 3 this.__value = x; 4 5 } 6 7 Container.of = x => new Container(x); 8 9 10 11 //試試看 12 13 Container.of(1); 14 15 //=> Container(1) 16 17 18 19 Container.of(‘abcd‘); 20 21 //=> Container(‘abcd‘)
我們調用 Container.of 把東西裝進容器裏之後，由於這一層外殼的阻擋，普通的函數就對他們不再起作用了，所以我們需要加一個接口來讓外部的函數也能作用到容器裏面的值：
1 2 Container.prototype.map = function(f){ 3 4 return Container.of(f(this.__value)) 5 6 }
我們可以這樣使用它：
1 Container.of(3) 2 3 .map(x => x + 1) //=> Container(4) 4 5 .map(x => ‘Result is ‘ + x); //=> Container(‘Result is 4‘)
沒錯！我們僅花了 7 行代碼就實現了很炫的『鏈式調用』，這也是我們的第一個 Functor。
Functor（函子）是實現了 map 並遵守一些特定規則的容器類型。
也就是說，如果我們要將普通函數應用到一個被容器包裹的值，那麽我們首先需要定義一個叫 Functor 的數據類型，在這個數據類型中需要定義如何使用 map 來應用這個普通函數。
把東西裝進一個容器，只留出一個接口 map 給容器外的函數，這麽做有什麽好處呢？
本質上，Functor 是一個對於函數調用的抽象，我們賦予容器自己去調用函數的能力。當 map 一個函數時，我們讓容器自己來運行這個函數，這樣容器就可以自由地選擇何時何地如何操作這個函數，以致於擁有惰性求值、錯誤處理、異步調用等等非常牛掰的特性。
舉個例子，我們現在為 map 函數添加一個檢查空值的特性，這個新的容器我們稱之為 Maybe（原型來自於Haskell）：
1 2 var Maybe = function(x) { 3 4 this.__value = x; 5 6 } 7 8 9 10 Maybe.of = function(x) { 11 12 return new Maybe(x); 13 14 } 15 16 17 18 Maybe.prototype.map = function(f) { 19 20 return this.isNothing() ? Maybe.of(null) : Maybe.of(f(this.__value)); 21 22 } 23 24 25 26 Maybe.prototype.isNothing = function() { 27 28 return (this.__value === null || this.__value === undefined); 29 30 } 31 32 33 34 //試試看 35 36 import _ from ‘lodash‘; 37 38 var add = _.curry(_.add); 39 40 41 42 Maybe.of({name: "Stark"}) 43 44 .map(_.prop("age")) 45 46 .map(add(10)); 47 48 //=> Maybe(null) 49 50 51 52 Maybe.of({name: "Stark", age: 21}) 53 54 .map(_.prop("age")) 55 56 .map(add(10)); 57 58 //=> Maybe(31)
看了這些代碼，覺得鏈式調用總是要輸入一堆 .map(...) 很煩對吧？這個問題很好解決，還記得我們上一篇文章裏介紹的柯裏化嗎？
有了柯裏化這個強大的工具，我們可以這樣寫：
1 2 import _ from ‘lodash‘; 3 4 var compose = _.flowRight; 5 6 var add = _.curry(_.add); 7 8 9 10 // 創造一個柯裏化的 map 11 12 var map = _.curry((f, functor) => functor.map(f)); 13 14 15 16 var doEverything = map(compose(add(10), _.property("age"))); 17 18 19 20 var functor = Maybe.of({name: "Stark", age: 21}); 21 22 doEverything(functor); 23 24 //=> Maybe(31)
二、錯誤處理、Either
現在我們的容器能做的事情太少了，它甚至連做簡單的錯誤處理都做不到，現在我們只能類似這樣處理錯誤：
1 2 try{ 3 4 doSomething(); 5 6 }catch(e){ 7 8 // 錯誤處理 9 10 }
try/catch/throw 並不是“純”的，因為它從外部接管了我們的函數，並且在這個函數出錯時拋棄了它的返回值。這不是我們期望的函數式的行為。
如果你對 Promise 熟悉的話應該還記得，Promise 是可以調用 catch 來集中處理錯誤的：
1 2 doSomething() 3 4 .then(async1) 5 6 .then(async2) 7 8 .catch(e => console.log(e));
對於函數式編程我們也可以做同樣的操作，如果運行正確，那麽就返回正確的結果；如果錯誤，就返回一個用於描述錯誤的結果。這個概念在 Haskell 中稱之為 Either 類，Left 和 Right 是它的兩個子類。我們用 JS 來實現一下：
1 2 // 這裏是一樣的=。= 3 4 var Left = function(x) { 5 6 this.__value = x; 7 8 } 9 10 var Right = function(x) { 11 12 this.__value = x; 13 14 } 15 16 17 18 // 這裏也是一樣的=。= 19 20 Left.of = function(x) { 21 22 return new Left(x); 23 24 } 25 26 Right.of = function(x) { 27 28 return new Right(x); 29 30 } 31 32 33 34 // 這裏不同！！！ 35 36 Left.prototype.map = function(f) { 37 38 return this; 39 40 } 41 42 Right.prototype.map = function(f) { 43 44 return Right.of(f(this.__value)); 45 46 }
下面來看看 Left 和 Right 的區別吧：
1 2 Right.of("Hello").map(str => str + " World!"); 3 4 // Right("Hello World!") 5 6 7 8 Left.of("Hello").map(str => str + " World!"); 9 10 // Left("Hello")
Left 和 Right 唯一的區別就在於 map 方法的實現，Right.map 的行為和我們之前提到的 map 函數一樣。但是 Left.map 就很不同了：它不會對容器做任何事情，只是很簡單地把這個容器拿進來又扔出去。這個特性意味著，Left 可以用來傳遞一個錯誤消息。
1 2 var getAge = user => user.age ? Right.of(user.age) : Left.of("ERROR!"); 3 4 5 6 //試試 7 8 getAge({name: ‘stark‘, age: ‘21‘}).map(age => ‘Age is ‘ + age); 9 10 //=> Right(‘Age is 21‘) 11 12 13 14 getAge({name: ‘stark‘}).map(age => ‘Age is ‘ + age); 15 16 //=> Left(‘ERROR!‘)
是的，Left 可以讓調用鏈中任意一環的錯誤立刻返回到調用鏈的尾部，這給我們錯誤處理帶來了很大的方便，再也不用一層又一層的 try/catch。
Left 和 Right 是 Either 類的兩個子類，事實上 Either 並不只是用來做錯誤處理的，它表示了邏輯或，範疇學裏的 coproduct。但這些超出了我們的討論範圍。
三、IO
下面我們的程序要走出象牙塔，去接觸外面“骯臟”的世界了，在這個世界裏，很多事情都是有副作用的或者依賴於外部環境的，比如下面這樣：
1 2 function readLocalStorage(){ 3 4 return window.localStorage; 5 6 }
這個函數顯然不是純函數，因為它強依賴外部的 window.localStorage 這個對象，它的返回值會隨著環境的變化而變化。為了讓它“純”起來，我們可以把它包裹在一個函數內部，延遲執行它：
function readLocalStorage(){ return function(){ return window.localStorage; } }
這樣 readLocalStorage 就變成了一個真正的純函數！ OvO為機智的程序員鼓掌！
額……好吧……好像確實沒什麽卵用……我們只是（像大多數拖延癥晚期患者那樣）把討厭做的事情暫時擱置了而已。為了能徹底解決這些討厭的事情，我們需要一個叫 IO 的新的 Functor：
import _ from ‘lodash‘; var compose = _.flowRight; var IO = function(f) { this.__value = f; } IO.of = x => new IO(_ => x); IO.prototype.map = function(f) { return new IO(compose(f, this.__value)) };
IO 跟前面那幾個 Functor 不同的地方在於，它的 __value 是一個函數。它把不純的操作（比如 IO、網絡請求、DOM）包裹到一個函數內，從而延遲這個操作的執行。所以我們認為，IO 包含的是被包裹的操作的返回值。
1 2 var io_document = new IO(_ => window.document); 3 4 5 6 io_document.map(function(doc){ return doc.title }); 7 8 //=> IO(document.title)
註意我們這裏雖然感覺上返回了一個實際的值 IO(document.title)，但事實上只是一個對象：{ __value: [Function] }，它並沒有執行，而是簡單地把我們想要的操作存了起來，只有當我們在真的需要這個值得時候，IO 才會真的開始求值，這個特性我們稱之為『惰性求值』。（培提爾其烏斯：“這是怠惰啊！”）
是的，我們依然需要某種方法讓 IO 開始求值，並且把它返回給我們。它可能因為 map 的調用鏈積累了很多很多不純的操作，一旦開始求值，就可能會把本來很幹凈的程序給“弄臟”。但是去直接執行這些“臟”操作不同，我們把這些不純的操作帶來的復雜性和不可維護性推到了 IO 的調用者身上（嗯就是這麽不負責任）。
下面我們來做稍微復雜點的事情，編寫一個函數，從當前 url 中解析出對應的參數。
1 2 import _ from ‘lodash‘; 3 4 5 6 // 先來幾個基礎函數： 7 8 // 字符串 9 10 var split = _.curry((char, str) => str.split(char)); 11 12 // 數組 13 14 var first = arr => arr[0]; 15 16 var last = arr => arr[arr.length - 1]; 17 18 var filter = _.curry((f, arr) => arr.filter(f)); 19 20 //註意這裏的 x 既可以是數組，也可以是 functor 21 22 var map = _.curry((f, x) => x.map(f)); 23 24 // 判斷 25 26 var eq = _.curry((x, y) => x == y); 27 28 // 結合 29 30 var compose = _.flowRight; 31 32 33 34 35 36 var toPairs = compose(map(split(‘=‘)), split(‘&‘)); 37 38 // toPairs(‘a=1&b=2‘) 39 40 //=> [[‘a‘, ‘1‘], [‘b‘, ‘2‘]] 41 42 43 44 var params = compose(toPairs, last, split(‘?‘)); 45 46 // params(‘http://xxx.com?a=1&b=2‘) 47 48 //=> [[‘a‘, ‘1‘], [‘b‘, ‘2‘]] 49 50 51 52 // 這裏會有些難懂=。= 慢慢看 53 54 // 1.首先，getParam是一個接受IO(url)，返回一個新的接受 key 的函數； 55 56 // 2.我們先對 url 調用 params 函數，得到類似[[‘a‘, ‘1‘], [‘b‘, ‘2‘]] 57 58 // 這樣的數組； 59 60 // 3.然後調用 filter(compose(eq(key), first))，這是一個過濾器，過濾的 61 62 // 條件是 compose(eq(key), first) 為真，它的意思就是只留下首項為 key 63 64 // 的數組； 65 66 // 4.最後調用 Maybe.of，把它包裝起來。 67 68 // 5.這一系列的調用是針對 IO 的，所以我們用 map 把這些調用封裝起來。 69 70 var getParam = url => key => map(compose(Maybe.of, filter(compose(eq(key), first)), params))(url); 71 72 73 74 // 創建充滿了洪荒之力的 IO！！！ 75 76 var url = new IO(_ => window.location.href); 77 78 // 最終的調用函數！！！ 79 80 var findParam = getParam(url); 81 82 83 84 // 上面的代碼都是很幹凈的純函數，下面我們來對它求值，求值的過程是非純的。 85 86 // 假設現在的 url 是 http://xxx.com?a=1&b=2 87 88 // 調用 __value() 來運行它！ 89 90 findParam("a").__value(); 91 92 //=> Maybe([‘a‘, ‘1‘])
四、總結
如果你還能堅持看到這裏的話，不管看沒看懂，已經是勇士了。在這篇文章裏，我們先後提到了 Maybe、Either、IO 這三種強大的 Functor，在鏈式調用、惰性求值、錯誤捕獲、輸入輸出中都發揮著巨大的作用。事實上 Functor 遠不止這三種，但由於篇幅的問題就不再繼續介紹了（哼才不告訴你其實是因為我還沒看懂其它 Functor 的原理）
但依然有問題困擾著我們：
1. 如何處理嵌套的 Functor 呢？（比如 Maybe(IO(42))）
2. 如何處理一個由非純的或者異步的操作序列呢？
在這個充滿了容器和 Functor 的世界裏，我們手上的工具還不夠多，函數式編程的學習還遠遠沒有結束，在下一篇文章裏會講到 Monad 這個神奇的東西（然而我也不知道啥時候寫下一篇，估計等到實習考核後吧OvO）。
五、參考
1、https://github.com/MostlyAdequate/mostly-adequate-guide
2、http://www.ibm.com/developerworks/cn/web/1006_qiujt_jsfunctional/
3、《JavaScript函數式編程》【美】邁克爾·佛格斯
JavaScript函數式編程（二）