译 | 实用的函数式编程

函数式编程| 2018-12-04

原文链接： Pragmatic Functional Programming – Robert C. Martin (Uncle Bob)，2017-07
基于liuchengxu的译文稿：实用的函数式编程

译序

Bob大叔的短文，FP在软件开发优点上务实的思考，引导大家理解、学习和使用FP，文章后半篇还用FP语言Clojure简约演示了一番。在文末不忘呼吁学习FP，并推荐Clojure语言。

务实的函数式编程

函数式编程（Functional Programming/FP）的风潮讲真大概是从10年前开始。我们开始关注像Scala、Clojure和F#这样的语言。这个风潮并非只是『哇酷～一门新语言！』这样平平常常的热情。确实有些实在的原因在推动 —— 或者我们是这么想的。

摩尔定律告诉过我们，每隔18个月计算机的速度就会翻倍。这个定律从60年代到2000年都是有效的，但之后失效了。大家冷静想一下。时钟频率到达了3G HZ，进入了平台期。这已经触及了光速的物理极限，而在芯片表面上的信号传播速度限制住了计算速度的提升。

所以硬件设计师改变了策略。为了获得更大的吞吐量，在芯片上添加了更多的处理器（核心数）；同时为了给新加的核腾出空间，在芯片上去掉了很多缓存（cacheing）和流水线（pipelining）硬件。结果是，单个处理器较之前要慢一些；但是由于有了更多的处理器，吞吐量仍然是提升的。

【译注】：关于流水线（pipeline）参见指令流水线（instruction pipeline） – zh.wikipedia.org。

8年前我有了第一台双核机器，两年后有了一台4核的机器。也就是说，核数开始进入了激增的时期。那时候我们都认识到，这将会以我们无法想象的方式影响软件开发。

一个对策就是学习FP。FP强烈不鼓励在变量（variable）初始化之后再改变其状态（state）。这对并发（concurrency）有着深刻影响。如果不能改变变量的状态，就不会有竞争条件（race condition）。如果不能更新变量的值（value），也就不会有并发更新（concurrent update）的问题。

当然了，这一直被认为是多核问题的解决方案。当核数激增，并发，甚至是共时性（simultaneity），都会成为一个大问题。FP可以说是提供了一种编程风格（the programming style），可以减轻当一个处理器中有1024核时所出现的问题。

所以所有人都开始学习Clojure、Scala、F#或是Haskell；因为大家相信冲锋号即将吹响，都想提前做好准备！

然而，这一天一直没有到来。六年前我有了一台4核的笔记本，比上一台多了两个核。而我的下一台笔记本估计还会是4核。我们又进入了另一个平台期？

说个题外话，昨晚我看了一部2007年的电影。女主角在用笔记本在一个时髦的浏览器里面浏览网页、使用Google、用翻盖手机收发短信。一切都是那么的熟悉。只不过都过时了 —— 我可以看出笔记本是老型号，浏览器是个老版本，而翻盖手机比起今天的智能手机就像个古董。尽管如此，这些变化却比不上从2000到2011年这段时间的变化那么翻天覆地。更是远比不上从1990年到2000年间的变化。难道我们正在见证计算机和软件技术发展的平台期吗？

所以，或许，FP并不是一个我们之前想的那样关键的技能。或许，我们将不会被那么多的核包围。或许，也不用去担心会有32768个核的芯片。或许，我们都可以放松一下，又回到以前那样去更新变量。

但是，我觉得这会是一个错误，一个严重的错误。我觉得这个错误会和滥用goto一样严重。我觉得这会和放弃动态派发（dynamic dispatch）一样危险。

【译注】：关于动态派发（dynamic dispatch）参见动态调度（dynamic dispatch） – zh.wikipedia.org。

为什么呢？让我们回到FP起初引起我们兴趣的原因上 —— FP使得并发变得安全得多。如果你要搭建一个有很多线程或是进程的系统，使用FP会大大减少可能由竞争条件和并发更新而引发的问题。

还有其它理由吗？呃～FP更易写、易读、易于测试和易于理解。听到这些，我能想象到，有些读者比如你已经掀桌子咆哮了。你尝试过FP，『有毛容易啊』是你的感受。map、reduce和递归 —— 尤其是尾递归，有哪个说得上容易？你说得没错，收到收到。但是，这其实只是个是否熟悉的问题。一旦你熟悉了这些概念以后（建立起熟悉的过程其实并不需要太长时间），编程就会变得更容易得多。

为什么会更容易呢？因为你不再需要跟踪系统的状态。由于变量的状态无法改变，所以系统的状态也就维持不变。不需要跟踪的不仅仅是系统，还有列表、集合、栈、队列等等通通都不需要跟踪状态，因为这些数据结构也无法改变。在FP语言中，当你向一个栈push一个元素，你将会得到一个新的栈，并不会改变原来的栈。这意味着，像接抛球杂技那样，程序员在空中需要同时控制好的球变少了；需要记忆的东西更少了；需要跟踪的东西更少了。因而代码的编写、阅读、理解和测试变得简单得多。

那么，你应该使用哪种FP语言呢？我最喜欢的是Clojure。因为Clojure难以置信的简单。它是Lisp的一个方言，Lisp是一个简单至美的语言。让我来展示一下吧：

在Java中的函数：f(x)；

转换成Lisp的函数就是简单地将第一个括号移到左边即可：(f x)。

现在，你已经学会了 95% 的Lisp和 90% 的Clojure。对这些语言而言，这些傻傻的小括号真就是全部的语法了。难以置信的简单。

你可能见过Lisp程序，不过不喜欢这些括号。也可能你不喜欢CAR、CDR和CADR。别担心。Clojure有着比Lisp更多的符号，所以括号相对少一些。Clojure用first、rest和second代替了CAR、CDR和CADR。此外，Clojure基于JVM，完全可以使用所有的Java库和任何其他你想要的Java框架和库。与Java互操作性快速而便捷。更好的是，Clojure能够使用JVM所有的面向对象功能。

『等一下！』你可能会说，『FP和面向对象是相互不兼容的！』谁告诉你的？胡说八道！在FP中，你的确无法改变一个对象的状态。但是那又怎样呢？就像push一个整数进栈后会返回一个新的栈，当调用一个方法调整一个对象的值时，返回的是一个新对象而不是改变原来的对象。一旦你习惯了这样的做法，处理起来是很容易的。

再回到面向对象。我觉得面向对象最有用的一个特性，在软件架构层面，是动态多态性（dynamic polymorphism）。Clojure提供了对Java动态多态性的完全的使用能力。举个例子解释起来可能最方便：

(defprotocol Gateway
  (get-internal-episodes [this])
  (get-public-episodes [this]))

上面的代码定义了一个JVM的多态接口。在Java中，这个接口看起来可能像这样：

public interface Gateway {
    List<Episode> getInternalEpisodes();
    List<Episode> getPublicEpisodes();
}

在JVM层面所生成的字节码是完全相同的。实际上，Java写的程序可以实现这个接口，就像这个接口是用Java写的一样。对等的，Clojure程序也可以实现一个Java写的接口。看起来大概这个样子：

(deftype Gateway-imp [db]
  Gateway
  (get-internal-episodes [this]
    (internal-episodes db))

  (get-public-episodes [this]
    (public-episodes db)))

注意构造函数的db参数，以及在方法中是如何访问这个参数的。在上面的例子中，接口的实现只是简单地委托给了本地函数，并传入db参数。

（也许）最大的优点，来自于Lisp进而也是Clojure的，那就是 —— 同像性（Homoiconic），是指代码本身就是程序能够操作的数据。这点不难看出。下面的代码：(1 2 3) 表示一个三个整数的列表。如果该列表的第一个元素变成了一个函数，也就是(f 2 3)，那么它就变成了一个函数调用。可见，在Clojure中所有的函数调用都是列表，而列表可以直接被代码操作。所以，一个程序也可以构造和执行其它的程序。

最后说一句，FP是重要的。你应该去学习。如果你还在纠结要用哪个语言来学FP，我推荐Clojure。

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