1 背景

**函数式编程（functional programming）**开始获得越来越多的关注。

2 定义

**函数式编程（functional programming）**的函数是指数学上的函数：给定输入固定的输出，没有副作用。

其主要思想是把运算过程尽量写成一系列嵌套的函数调用。

函数式编程是**声明式编程（declarative programming）**的一种，主要思想是只需要一步一步地表达计算的逻辑，而不需要关注具体的内部计算逻辑。

声明式语言包括SQL、XQuery。比如在SQL，我们只需要告诉SQL Engine我们需要什么数据（select）、我们想要如何修改数据（增删改），却不需要具体去描述如何获取这些数据，如果实现数据的修改。SQL Engine会自动帮我们完成这些工作。

声明式编程的对立面是命令式编程（imperative programming），命令式编程与过程式编程（Procedural programming）是几乎等同的概念。

声明式编程与命令式编程的主要区别是，后者在完成计算时，需要显式的指明每一步的计算方法（而前者仅仅需要指明做何计算）。

一句话概括，声明式编程只需要说明做什么，而命令式编程需要一步一步描述怎么做。

Further Reading: Functional Programming vs. Imperative Programming (C#)

函数式编程是与面向对象编程（Object-oriented programming）和过程式编程（Procedural programming）并列的编程范式。

**函数式编程（functional programming）与面向对象编程（Object-oriented Programming）**的关系并不是对立的，只是两种不同的思维方式编程罢了。

3 例子

最早出现的函数式编程语言当属1958年诞生的LISP。

Clojure、Haskell、Erlang、Scala、F#都是较为流行的函数式语言，而包括Python，JavaScript，Java的主流面向对象语言都通过对匿名函数的支持，以实现对函数式编程的支持。

4 特点

1) 没有“副作用”

“副作用”（side effect）是指除了函数返回值之外，还修改了本函数之外的变量（如全局变量、系统变量），产生运算以外的其他结果。

我们先用一个最简单的例子来说明一下什么是函数式编程。

先看一个非函数式的例子：

int cnt;
void increment(){
    cnt++;
}

那么，函数式的应该怎么写呢？

int increment(int cnt){
    return cnt+1;
}

这个例子遵循了函数式编程的准则：不依赖于外部的数据，而且也不改变外部数据的值，而是返回一个新的值给你。

换句话说，函数式编程要求没有“副作用"，这意味着这个函数的执行结果只从其计算结果（同时也是函数的返回值）中体现，不存在任何依赖外部变量（不包括调用函数时传递进来的参数）或修改外部变量的行为。

2) 不修改状态

不能修改变量的状态，也是函数式编程的一个重要特点（XQuery也具有该特点）。

在其他类型的语言中，变量可以用于保存状态（state）。不修改变量，意味着状态不能保存在变量中。函数式编程使用参数保存状态，最好的例子就是递归。

3) 引用透明

引用透明（Referential transparency），指的是函数的运行不依赖于外部变量或"状态"，只依赖于输入的参数，任何时候只要参数相同，引用函数所得到的返回值总是相同的。

有了前面的两点，这点是很显然的。其他类型的语言，函数的返回值往往与系统状态有关，不同的状态之下，返回值是不一样的。这就叫"引用不透明"，很不利于观察和理解程序的行为。

4) 函数与其他数据类型一样

函数式一等公民（first class），这是说函数与其他数据类型一样，即可以将一个函数赋值给一个变量，也可以作为一个参数，传入给另一个函数，或者作为一个函数的返回值。

// 一个函数赋值给一个变量
var print = function(i){ console.log(i);};

// 一个函数作为一个参数，传入给另一个函数
[1,2,3].forEach(print);

// 一个函数作为另一个函数的返回值
function A() {
    return function(i){ console.log(i);};
}

5) 最小I/O

函数式编程设计的动机，最初是为了处理运算（computation），不考虑系统的读写（I/O）。

而在实际应用中，不存在I/0行为是不可能的。因此，在编程过程中，只要求把I/O操作限制到最小，不要进行不必要的I/O操作。

5 意义

1) 易于检查代码正确性

函数式编程不依赖、也不会改变外界的状态，只要给定输入参数，返回的结果必定相同。因此，每一个函数都可以被看做独立单元，很有利于进行单元测试（unit testing）和除错（debugging），

对于测试着来说，这是梦寐以求的。对于任何一个待测试的函数，只需要关注其输入的参数，不需理会函数之间的调用关系，也不用精心设置外部状态。唯一需要做的就是将输入参数的极端值输入给函数（而在C++或Java中，只检查函数的返回值显然是不够的–我们要考虑这个函数可能修改的外部状态）。

2) 易于模块化（耦合度低）

每一个函数都可以被看做独立单元，这意味着函数之间没有相互依赖（耦合）。

3)易于并发编程

函数式编程不需要考虑"死锁"（deadlock），因为它不修改变量，所以根本不存在"锁"线程的问题。不必担心一个线程的数据，被另一个线程修改，所以可以很放心地把工作分摊到多个线程，部署"并发编程"（concurrency）。

4) 代码热部署

有时，如果要在Windows上安装更新，就必须不断地重启计算机。Unix系统一直以来有一个更好的架构：安装更新时只需停止与其相关的组件，而不是整个操作系统。

即使如此，对于大型的服务器应用程序来说，这仍旧无法让人接受。程控交换系统需要100%的时间都在运行。因为如果由于升级而无法接通紧急电话，那很可能会要人命的。同样，华尔街的公司也没有理由必须在周末暂停系统来更新软件。

理想的情况是，在完全不停止系统任何组件的情况下来更新相关的代码。在命令式程序的世界里，这是不可能的。想想在Java运行过程中卸载一个类并且加载一个新的类。即使我们真的可以这样做，这个类的所有实例也都不能用了，因为这个类的状态丢失了。我们需要复杂的版本控制代码来恢复这些状态：需要把运行中实例的都序列化，销毁它们，用新的类创建新的实例，最后载入先前被序列化的数据，并祈祷着加载代码确实能将数据迁移到新的实例中。更痛苦的是，每一次改变代码的时候，我们都必须手动编写这些迁移程序。这些迁移代码不仅要迁移实例，而且还不能破坏对象间的关系。这些听来理论上可行，但实践起来可不容易。

在函数式程序中，所有的状态都存储在栈中，并且通过参数传递给函数。这使得热部署轻而易举！实际上，我们需要做的只是比较一下工作中的代码和新版本的代码，然后部署变化的部分。剩下的工作将由一个语言工具自动完成！

【Programming】函数式编程（Functional Programming）