副作用

在函数式编程中,副作用是指函数除了返回值之外,还对外部环境产生了影响。换句话说,函数不仅仅完成了计算任务,还做了一些其他的事情。

常见的副作用

函数可能产生的副作用包括但不限于以下几种情况:

操作文件系统,如读写文件、创建或删除目录等访问数据库,如查询、插入、更新或删除数据修改全局变量或外部状态,如改变缓存、配置等输出信息,如打印日志、显示控制台消息等发送网络请求,如调用 API 接口、上传或下载数据等

这些操作虽然在实际开发中不可避免,但从函数式编程的角度来看,它们都属于副作用,会影响函数的纯粹性和可测试性。

对副作用的处理

为了充分发挥函数式编程的优势,我们应该尽量避免不必要的副作用。具体来说,可以采取以下几种处理方式:

将副作用集中到少数几个特定的函数中,其他函数保持纯粹使用依赖注入等方式,将副作用所需的外部资源作为参数传入函数通过封装和抽象,将副作用限制在可控的范围内,减少对外部环境的影响采用合适的架构模式,如 CQRS、事件溯源等,分离命令和查询,管理状态变化

当然,完全消除副作用是不现实的。我们要做的是有意识地识别和控制副作用,使其对函数的影响降到最低,从而提高代码的可维护性和可测试性。

纯函数

与副作用相对的是纯函数。纯函数是指没有任何副作用,且返回值只依赖于输入参数的函数。它有以下几个特点:

函数只进行计算,不做其他任何事情函数与外界交换数据的唯一渠道是参数和返回值,没有其他途径函数从外部接收到的所有数据都通过参数传入,函数输出到外部的所有数据都通过返回值传递

下面是一个简单的纯函数示例

function add(a, b) {
  return a + b;
}

const result = add(1, 2);
console.log(result); // 3

这个add函数只接受两个参数a和b,将它们相加并返回结果。函数内部没有对外部环境产生任何影响,调用多次总是得到相同的输出。

非纯函数

与纯函数相反,非纯函数除了参数和返回值,还依赖或影响了外部状态。下面是一个非纯函数的例子:

let count = 0;

function increment() {
  count++;
  return count;
}

console.log(increment()); // 1
console.log(increment()); // 2
console.log(increment()); // 3

这里的increment函数修改了全局变量count的值,属于副作用。多次调用increment得到的结果不同,函数的行为不可预测。

数组方法的纯度

JavaScript 提供了许多数组操作方法,它们在纯度上有所不同。

map方法就是一个纯函数,它不修改原数组,而是返回一个新数组:

const arr1 = [1, 2, 3];
const arr2 = arr1.map((n) => n + 1);

console.log(arr2); // [2, 3, 4]
console.log(arr1); // [1, 2, 3] 原数组未被修改

而pop方法则是一个非纯函数,它会改变原数组:

const arr1 = [1, 2, 3];
const last = arr1.pop();

console.log(last); // 3
console.log(arr1); // [1, 2] 原数组被修改了

消除副作用

对于非纯函数,我们可以尝试将其转化为纯函数,消除副作用。以pop方法为例:

function myPop(arr) {
  // 使用数组解构创建副本,避免修改原数组
  const [...newArr] = arr;
  return newArr.pop();
}

const arr1 = [1, 2, 3];
const last = myPop(arr1);

console.log(last); // 3
console.log(arr1); // [1, 2, 3] 原数组未被修改

这里定义了一个myPop函数,它接受一个数组作为参数,内部先创建一个数组副本,再调用pop方法。这样就避免了对原数组的修改,使函数变得更加纯粹。

引用透明性

纯函数的一个重要特性是引用透明性。它指的是对于相同的输入,函数总是返回相同的输出,并且可以用输出结果替换函数调用,而不影响程序的行为。

function add(a, b) {
  return a + b;
}

console.log(add(1, 2)); // 3
console.log(add(1, 2)); // 3
console.log(add(1, 2)); // 3

上面的add函数是引用透明的,无论调用多少次,只要参数相同,结果总是一样的。我们可以直接用3替换add(1, 2),程序的含义不变。

引用透明性使得函数的行为更加可预测,也更容易进行推理和优化。

console.log(add(1, 2) + add(3, 4)); // 10
// 等价于
console.log(3 + 7); // 10

局部副作用

有时候,函数内部可能存在一些局部的副作用,但就整体而言,函数仍然是纯粹的。

let result = 0;

function sumRange(n) {
  for (let i = 1; i <= n; i++) {
    result += i;
  }
  return result;
}

console.log(sumRange(3)); // 6
console.log(sumRange(3)); // 12

这个sumRange函数内部修改了外部变量result,属于副作用。多次调用sumRange,会得到不同的结果。

消除局部副作用

为了消除局部副作用,我们可以将变量限制在函数内部:

function sumRange(n) {
  let result = 0;
  for (let i = 1; i <= n; i++) {
    result += i;
  }
  return result;
}

console.log(sumRange(3)); // 6
console.log(sumRange(3)); // 6

现在的sumRange函数已经是纯函数了。每次调用都会返回相同的结果,不再影响外部环境。

综上所述,副作用是函数式编程中需要重点关注的问题。我们应该尽量写纯函数,减少副作用,提高代码的可测试性和可维护性。对于不可避免的副作用,也要有意识地进行管理和控制,将其影响降到最低。只有这样,才能充分发挥函数式编程的优势,提高代码质量。

常见的副作用​