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Think in FP (01): Why Functional Programming?

Oct 21st, 2019. 7 mins read

相信不少人應該都看過世界奇觀,當我們接手或開發一個無比龐大又極度不穩定的系統時,可能會發出這樣的感嘆。最常遇到的麻煩是,當我們修改 A 組件(Component) 時,我們已經確認所有使用 A 組件的地方也都跟著修改,但修改完後仍然造成 B、C 壞掉,當我們再去把 B、C 修好時,可能 D、E 又壞了。最後不得不把整個系統打掉重寫。

糟了,是世界奇觀!

相信不少人應該都看過世界奇觀,當我們接手或開發一個無比龐大又極度不穩定的系統時,可能會發出這樣的感嘆。最常遇到的麻煩是,當我們修改 A 組件(Component) 時,我們已經確認所有使用 A 組件的地方也都跟著修改,但修改完後仍然造成 B、C 壞掉,當我們再去把 B、C 修好時,可能 D、E 又壞了。最後不得不把整個系統打掉重寫。

我們上禮拜講了 關於這個系列,還沒看過的讀者可以先往這邊走 Think in FP (00): 關於本系列文章

系統難以維護的原因

什麼原因導致我們的系統會出現改 A 壞 B,改了 B 又壞 C 呢?理論上我們修改了 A,只要確保 A 組件輸入輸出是否有改動,如果有就去找到所有使用 A 的地方做對應的修改,就不會有錯了。但為什麼還是會出現沒被發現的 Bug?

最有可能的原因就是 A 組件是不 pure 的,它改動了外部的資料狀態,當你改了 A 的行為,可能同時影響到了外部資料狀態的改變,而 B 又相依於這個外部的狀態,導致 B 壞掉。

用 sample code 來表示的話大概是像下面這樣

var state = {
  xxx: 1,
}

function A (x) {
  var s;
  // 省略 100 行...
  state.xxx = s;
  // 省略 100 行...

  return s;
}

function B (y) {
  var z;
  // 省略 100 行...
  z = ooo + state.xxx
  // 省略 100 行...

  return z;
}
// A 跟 B 沒有直接相關,B 也沒有使用到 A,但修改 A 時有可能會造成 B 壞掉。

如果用 Functional Programming 的寫法,我們會完全避免這種 Function 的產生,這會讓我們大大降低軟體系統的狀態複雜度,進而減少 Bug 也讓我們更輕鬆的除錯。

Pure 是指一個 Function 只要傳入相同的參數就永遠會回傳相同的值,並且不會造成任何 Side Effect (如修改外部狀態)。我們之後的文章會更詳細的解釋 FP 相關的詞彙。

Functional Programming 雖然不能完全避免 Bug,但可以讓我們減少不必要的複雜度,讓系統更好維護。

Out of the Tar Pit 這篇論文就在探討各種編程範式能不能降低軟體系統的複雜度,其中就有提到 FP 可以很好的避免因狀態所導致的複雜性問題。

Functional Programming 的優勢

FP 究竟帶給我們什麼優勢,又為什麼 FP 會越來越流行呢?

低複雜度(Complexity)

如果上一段所述,FP 世界裡的 Function 不會有狀態,也不會直接存取或修改外部的狀態,只要同一個 Function 輸入相同的參數,就永遠會回傳相同的值。因此我們程式碼會變得更好維護,同時也開發的更快,不容易出現莫名的 Bug。

簡單(Simple),也更容易(Easy)

FP 的世界裡只要學會 Function,不用再學各種 pattern,我們透過 Function 的組合以及好的命名,就能讓程式碼更可讀也更具有彈性。

all functions

Functional Programming Design Patterns

Simple Made Easy 演講中,就有提到簡單(simplicity)是可靠(reliability)的先決條件、簡單(simplicity)帶來的好處是:容易理解、容易改變、容易除錯和具有彈性。推薦大家去看這場演講。

程式碼簡潔

FP 使用大量的 Function,幾乎每個 Function 都可以由非常小的 Function 組合出來,減少程式碼的重複,因此 FP 的寫法通常程式碼較短。

在 2002 年,Revenge of the Nerds 文中提到 ITA 的總裁說同樣的功能下 1 行的 Lisp 可以取代 20 行的 C

Lisp 是最早的 Functional Programing Language ,一開始 Lisp 只是打算拿來當作一種理論演算,並非要設計成程式語言 (Programming Language),是後來無意中從純理論發展成為程式語言。

Lisp 之所以可以 1 行程式碼取代 20 行的 C,並不是因為 Function 的組合及重用,大部分原因來自於 Lisp 語法更加的抽象,可以用簡單的語法來表達更多的事情。在本系列文章後半部分會再提到,是使用 Haskell 跟 TypeScript 比對來呈現。

在《人月神話》第八章有提到,選擇適合的高階程式語言 (相較於低階語言程式碼行數較少),有助於提升軟體專案的開發速度,生產力可以提升到五倍。而筆者這裡認為 FP 能提升開發速度的原因不在於行數減少,而是降低了 Bug 產生的可能性,花更少的時間除錯。(在《人月神話》中推估測試與除錯要花整個專案開發時間的一半)

小結

今天講了我們為什麼需要 Functional Programming,以及 Functional Programming 所帶來的優勢。下一篇我們會開始講什麼是 Functional Programming!

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