从 Map/Reduce 到 JavaScript 函数式编程

自 ECMAScript 5.1 以来，Array.prototype.map 和 Array.prototype.reduce 已被引入主流浏览器。这两个函数不仅允许开发者更清晰地描述计算过程，还简化了编写遍历数组循环的工作；尤其是在循环代码实际上是为了将数组映射到一个新数组，或者进行累加、校验和等类似的归约操作时。

左：使用普通循环；右：使用 map 和 reduce

Map/Reduce

Map 实际上意味着在不对输出进行结构性更改的情况下对原始数组进行计算。例如，当 map 接收到一个数组时，您可以确保输出将是另一个数组，唯一的区别是其中的元素可能从原始值/类型转换为另一个值/类型。因此，我们可以说上面示例中的 doMap 函数具有以下类型签名

签名显示 [Number] 表示这是一个数字数组。因此，我们现在可以将签名解读为

doMap 是一个函数，它将把一个数字数组转换为一个布尔值数组

另一方面，归约操作意味着我们可以将输入数据类型的结构更改为新的类型。例如，doReduce 的签名是

这里，[Number] 的 Array 不见了。因此，我们可以看到 map 和 reduce¹ 之间的区别。

函数式编程

事实上，map 和 reduce 的概念比 JavaScript 还要古老，并且广泛应用于其他函数式编程语言，例如 Lisp 或 Haskell²。Douglas Crockford 在其著名文章“JavaScript：世界上最被误解的编程语言”中提到了这一点³

JavaScript 的类 C 语法，包括花括号和笨拙的 for 语句，使其看起来像是一种普通的程序语言。这具有误导性，因为 JavaScript 与 Lisp 或 Scheme 等函数式语言比与 C 或 Java 更相似。

这就是 JavaScript 可以做一些其他正交 OOP 语言无法或不会做的事情的原因之一。例如，在 Java 8⁴ ⁵ 之前，如果我们想要做一些 JavaScript 中常见的“回调”操作，我们需要创建一个冗余的“匿名类”。

Button button =
  (Button) findViewById(R.id.button);
button.setOnClickListener(
  new OnClickListener() {
    public void onClick(View v) {
      // do something
    }
  }
);

当然，在 JavaScript 中使用匿名回调还是不使用始终存在争议。当组件不断增长时，我们可能会遇到回调地狱。但是，一等函数可以做很多超出回调的事情。在 Haskell 中，我们只用函数就可以组织整个类似 Quake 的游戏⁶ 的 GUI 程序⁷。也就是说，我们甚至可以不使用类、方法、继承、模板和其他人们通常期望在构建程序时具有的东西⁸。

Frag

Frag，用 Haskell 编写的类似 Quake 的游戏

因此，在 JavaScript 世界中，我们可以遵循类似的模式来构建我们的程序，而不是像程序员在开始解决问题时经常做的那样，匆忙实现自己的“类”和“类系统”⁹。毕竟，在 JavaScript 中添加一些函数式风格并不会太糟糕，尤其是在 map 和 reduce 等特性由原生 API 支持的情况下。采用这种方法也意味着我们可以通过组合特性而不是重新定义它们来编写更简洁的代码¹⁰。唯一的限制是语言本身仍然不够函数化，因此如果我们玩太多花样可能会遇到麻烦，尽管这可以通过合适的库来解决¹¹。

map 和 reduce 将其他函数作为参数接收并输出它们作为结果。这一点很重要，因为它们以这种方式呈现了在函数式世界中组合计算的基本思想，并且能够灵活且可扩展地将小片段粘合在一起。例如，让我们看一下上面提到的 map 表达式的签名

您会注意到第二个参数表示一个类型为 Number -> Boolean 的函数。事实上，您可以为它提供任何类型为 a -> b 的函数。这在 JavaScript 世界中可能并不奇怪——我们在日常工作中编写了大量的回调。但是，关键是高阶函数本身也是函数。它们可以组合成更大的函数，直到我们只用一等函数和一些强大的高阶函数（如 id、reduce、curry、uncurry、arrow 和 bind¹²）生成完整的程序。

Map/Reduce 在实践中

由于我们可能会遇到语言限制，因此我们无法完全以函数式风格编写 JavaScript 代码；但是，我们可以借鉴类型和组合的思想来做很多事情。例如，当您以类型的角度思考时，您会发现 map 不仅用于数据处理

map & fold signatures

这将是 Haskell 中 map 和 reduce 的类型签名。我们可以用任何东西替换 a 和 b。那么，如果 a 变成 SQL，b 变成 IO x 会怎么样？请记住，我们正在以类型的角度思考，而 IO x 不过是一个普通的类型，比如 Int 或 URL

-- Let's construct queries from SQL statements.
makeQueries strs = map str  prepare conn str
doQuery qrys = foldl (results query  results >> query) (return ()) qrys 
-- Do query and get results.
let stmts = [ "INSERT INTO Articles ('Functional JavaScript')"
            , "INSERT INTO Gecko VALUES ('30.a1')"
            , "DELETE FROM Articles WHERE version='deprecated'"
            ]
main = execute (doQuery (makeQuery stmts))`

（注意：这只是一个简化的 Haskell 示例，仅供演示。它实际上无法执行。）

该示例使用 map 创建了一个 makeQueries 函数，它将 SQL 转换为 IO ()¹³；这也意味着我们生成了几个可以执行的操作。

然后，doQuery 函数（实际上是一个归约操作）将执行查询

请注意，它的归约操作在特定 Monad 的 bind 函数（>>）的帮助下执行 IO 操作。本文未涵盖此主题，但读者应该将其想象为一种组合函数以逐步执行它们的方式，就像 Promise 所做的那样²⁴。

这种技术不仅在 Haskell 中有用，在 JavaScript 中也很有用。我们可以使用此思想以及 Promises 和 ES6 箭头函数来组织类似的计算

  // Use a Promise-based library to do IO.
  var http = require("q-io/http")
     ,noop = new Promise(()=>{})
     ,prepare =
        (str)=> http.read('http://www.example.com/' + str)
                  .then((res)=> res.body.toString())
                  // the 'then' is equal to the '>>'
     ,makeQuery = 
        (strs)=> strs.map((str)=> prepare(str))
     ,doQuery = 
        (qrys)=> qrys.reduce((results, qry)=> results.then(qry), noop)
     ,stmts = [ "articles/FunctionalJavaScript"
              , "blob/c745ef73-ece9-46da-8f66-ebes574789b1"
              , "books/language/Haskell"
              ]
     ,main = doQuery(makeQuery(stmts));

（注意：在 Node.js 中，使用 map/reduce 和 Promise 的类似查询代码不会像 Haskell 版本那样运行，因为我们需要 Lazy Promise¹⁴ 和 Lazy Evaluation¹⁵）

我们非常接近我们想要的东西：用函数定义计算，然后组合它们以稍后执行，尽管“稍后”的概念实际上并不正确，因为我们没有在 JavaScript 中进行真正的惰性求值。如果我们使用保持未完成的 Promise 的技巧——一个只有在我们想要时才解析的 resolve 函数——就可以实现这一点。但是，即使这样也很棘手，并且仍然存在一些无法解决的问题。

需要注意的另一件事是，我们的程序不需要可变变量，但一些计算结果会在程序的每个步骤中进行转换和转发。事实上，这仅仅是函数式语言能够保持纯净的一个原因，因此它们可以从优化中受益并消除意外的副作用¹⁶¹⁷。

Hacks

作者 Greg Weng

Map/Reduce

函数式编程

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