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Think in FP (04): 為什麼「純」?

Dec 6th, 2019. 7 mins read

在前幾篇文章中介紹了什麼是 Pure Function 以及保持 Function Pure 的第一步,今天要介紹為什麼我們推崇 Pure Function 以及 Pure Function 帶來了什麼好處!

為什麼要 Pure Function?

why pure function

我們在前幾篇文章中已經提到 impure function 容易產生未知的 Bug,但我們都還沒深入地講述,為什麼要 Pure Function?

可預期 (確定性)

如 Think in FP (02) 所提,所有 Pure Function 的運作都是確定的,只要相同的輸入就能得到固定的輸出,不管執行幾次在什麼時間點執行都一樣,這奠定了 Pure Function 為我們帶來的各種好處!

valid function mapping one to one

容易理解

如前面提到的 Pure Function 是可以預期,這讓我們可以更容易理解該 Function 的行為,相較於 Impure Function 可能會受外部環境影響,我們需要花更多時間去理解 Impure Function 的程式碼。

let isModifying = false;

// x 是一個 impure function
function x() {
  // ...
  if (isModifying) {
    // 做某些事
  }

  // ...
}

如上面這段程式碼 x function 直接存取了外部變數,所以會受到環境影響。這讓我們單純從 x function 內部是無法得知它運作的行為,因為我們還需要知道 x 是在什麼時候被呼叫,以及 isModifying 有沒有被修改,在什麼時候被修改。這讓我們需要額外花許多時間才能理解整隻程式 (Context) 的運作方式。

可組合,可分割,可重用

因為 Pure Function 是可預期的,這讓我們可以組合各個小 Pure Function,變成一個大的 Function,也可以讓一個大的 Pure Function 切割成小的 Pure Function,而小的 Pure Function 就可以重複使用。

我們在 06 篇的文章會講解如何切割一個大的 Pure Function 以及如何把 Function 組合起來。

以上三點是 Pure Function 之所以重要的原因,同時也是讓 Pure Function 成為了 Functional Programming 核心的因素,整個 FP 基本上就是圍繞著 Pure Function 展開的!

Pure Function 帶來什麼優勢?

除了上述提到的三點,Pure Function 同時帶來了其他額外的優勢,這些優勢會在某些的情境下發揮出來,幫助我們更輕鬆的面對要解決的問題!

更輕鬆的除錯 (Debug)

由於每個 Pure Function 都是可預期,不像 Impure Function 可能相依於某個外部變數,每次執行的結果可能不同,所以如果我們可以讓 Function 盡可能保持 Pure 的情況下,就可以很快速的找到 Bug 的來源,甚至會大幅降低 Bug 的出現。

更簡單的測試 (Test)

由於 Pure Function 是可預期的,這讓我們在做單元測試時會變得非常非常的容易,只要確認輸入跟輸出是符合預期的就可以了!

可快取 (Cache)

由於 Pure Function 的確定性,只要相同的輸入必定回得到相同的輸出,那我們要做 Memory Cache 就會非常的容易,只要透過一個 Object 或 Hash Map 把每次的輸入當作 key 返回值當作 value,並且在每次執行前先檢查輸入是否已經在該 Hash Map 裡,如果存在就直接取值返回,如果不存在再執行 Function。

一個簡單的實作如下

let memoize = function(f) {
  let cache = {};

  return function(...args) {
    let key = JSON.stringify(args);
    cache[key] = cache[key] || f.apply(f, args);
    return cache[key];
  };
};

// ---- 使用方式 ----
const add = (x, y) => x + y;
const memoizeAdd = memoize(add);
memoizeAdd(1, 2) //3

可延遲運算 (Lazy Evaluation)

同樣的,由於 Pure Function 的確定性,不管在什麼時間點執行,只要相同的輸入就會得到相同的輸出,這使我們可以讓運算延遲也同時不會影響運算結果!而延遲運算可以幫助我們處理較大的數據,並在撰寫程式上更為容易。

可惜的是 JS 不像 Haskell 天生就有延遲運算的特性,對多數 JS 開發者而言不太能感受延遲運算所帶來的優勢,希望這個部分我們有機會在之後的章節講到!

可並行運算 (Parallelization)

最後也是最重要的一個優勢,就是我們可以並行的執行任何 Pure Function,因為 Pure Function 不會依賴外部狀態,也就是不需要共享記憶體,同時也不會有其他任何副作用,也因此不會有競爭危害 (race condition)的問題!

因為現代 CPU 核心數越來越多,可並行運算是現在必備的特性,也間接影響了新的語言多少都會用到 FP 的特性,尤其專門在做資料處理的語言尤為明顯。

小結

這篇文章介紹了為什麼我們推崇 Pure Function 以及 Pure Function 帶來哪些額外的優勢,Pure Function 是整個 Functional Programming 的核心,越到後面會發現我們其實都只是在運用 Function 這一個概念!這也是為什麼我們要花三篇文章在講解關於 Function 的理論基礎,這也是最後一篇了,下一篇讓我們進入實務的世界 - 一切從 Array 說起!

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