4.5　函数式编程

4.5.1　什么是函数编程

函数式编程是一种流行的编程范型（Programming Paradigm）。编程范型是指编程风格，就像写作时有散文、小说、说明文、诗歌等文体一样。不同的文体，风格差异很大，写作方法也不同。常见的编程范型有过程式编程、面向对象编程、函数式编程等。

过程式编程是一种比较“古老”的编程范型，程序执行时以函数（或过程、子程序等）为单位，首先调用主函数，主函数再调用其他函数，直到程序结束。常见的过程式编程语言是C语言。

面向对象的理念是将现实世界映射到计算机语言里，如“猫”对应到“Cat”类，猫有品种、颜色等不同的特性（属性），会吃猫粮，会喵喵叫（方法）。面向对象编程目前是主流的编程语言，PHP、C++、Java、.Net等都支持面向对象的特性。

函数式编程并非一个崭新的概念。最早的函数式编程语言Lisp诞生于20世纪50年代。随着编程语言的发展，人们逐渐发现过程式编程和面向对象编程的一些缺点。我们在讨论闭包和Lambda表达式时已经看到，过程式编程和面向对象编程在处理回调和迭代问题时，不可避免地遇到了全局变量和多余函数定义的问题。函数式编程的设计正是要规避这些“副作用”：将计算机运算作为函数处理，并避免状态改变和数据更改。目前PHP、Python、Javascript、Erlang、clojure、Scala、F#等语言都提供了函数式编程的特性。

4.5.2　函数编程的理念

函数式编程的基石是Lambda表达式，前面已有详细说明，不再赘述。这里重点说明其理念。

1．函数是“第一等公民”

其他编程范型中，各种基本类型的数据（整型、浮点、布尔等）是程序的基础，是“第一等公民”。函数式编程里，函数也是“第一等公民”（First-class）。所谓First-class，是计算机专用术语，指可以出现在程序的任何地方，包含将函数作为参数传递给另一个函数，或将一个函数作为返回值。这个特性在PHP的低版本（≤5.3）里是没有的。

2．高阶函数（Higher-Order Function）

高阶函数是指接收函数作为参数，或者其返回值是函数的函数。这个理念与“第一等公民”的理念紧密相连，高阶函数将函数视为和基本数据类型（整型、浮点、布尔等）同等地位，处理上并无特殊之处。

3．纯正函数（Pure function）

纯正函数是指没有副作用的函数。书写一个正确的纯正函数，需要满足4个条件：

●　如果没有使用到一个纯正函数计算的结果，那么该纯正函数可以删掉。

●　幂等性。如果某个参数不为引用类型，那么使用相同的参数进行多次计算的结果应该是相同的。

●　交换性。如果两个纯正函数没有数据依赖关系，那么它们可以交换位置，并行执行，彼此不会相互干扰。这对于多线程执行时尤为重要，纯正函数是线程安全的。

●　可被编译优化。如果整个程序都没有副作用，那么编译器可以自由地使用各种优化策略（排序或重新组合）来优化编译代码。

我们在第3.1节演示了forech的引用陷阱，这里给出一个使用函数式编程解决此问题的方案。

程序代码如下：（源码文件：ch04/lambda/reference_functional.php）

第3至5行用Lambda表达式实现了将数组内的数字加1的操作，整个过程没有使用引用，不会造成引用陷阱；也没有引入新的函数定义，是比较完美的一个解决方案。

4.5.3　函数式编程的优势

函数式编程的优势主要有以下几点：

（1）易写出可读性好的程序：程序的可读性大部分由开发者决定，但使用函数式编程容易写出可读性好的程序。函数式编程无副作用，不易存在不易察觉的更改变量的操作。

（2）易维护的代码管理：函数式编程没有副作用，既不依赖外部的状态，又不改变外部的状态，根据纯正函数的条件2，可以将函数视为一个独立的黑盒，有利于进行单元测试和模块化。

（3）易于代码重构：由于函数为独立个体，只要保证输入和输出一致，就很容易重构代码。

（4）并发编程：根据纯正函数的条件3，纯正函数是线程安全的，可以将程序更好地在多核计算机上并发执行。