从函数式编程到Promise

译者按: 近年来,函数式语言的特性都被其它语言学过去了。JavaScript异步编程中大显神通的Promise,其实源自于函数式编程的Monad!

原文: Functional Computational Thinking — What is a monad?

译者: Fundebug

为了保证可读性,本文采用意译而非直译。另外,本文版权归原作者所有,翻译仅用于学习。

如果你使用函数式编程,不管有没有用过函数式语言,在某总程度上已经使用过Monad。可能大多数人都不知道什么叫做Monad。在这篇文章中,我不会用数学公式来解释什么是Moand,也不使用Haskell,而是用JavaScript直接写Monad。

作为一个函数式程序员,我首先来介绍一下基础的复合函数:

const add1 = x => x + 1
const mul3 = x => x * 3

const composeF = (f, g) => {
return x => f(g(x))
}

const addOneThenMul3 = composeF(mul3, add1)
console.log(addOneThenMul3(4)) // 打印 15

复合函数composeF接收fg两个参数,然后返回值是一个函数。该函数接收一个参数x, 先将函数g作用到x, 其返回值作为另一个函数f的输入。

addOneThenMul3是我们通过composeF定义的一个新的函数:由mul3add1复合而成。

接下来看另一个实际的例子:我们有两个文件,第一个文件存储了第二个文件的路径,第二个文件包含了我们想要取出来的内容。使用刚刚定义的复合函数composeF, 我们可以简单的搞定:

const readFileSync = path => {
return fs.readFileSync(path.trim()).toString()
}

const readFileContentSync = composeF(readFileSync, readFileSync)
console.log(readFileContentSync('./file1'))

readFileSync是一个阻塞函数,接收一个参数path,并返回文件中的内容。我们使用composeF函数将两个readFileSync复合起来,就达到我们的目的。是不是很简洁?

但如果readFile函数是异步的呢?如果你用Node.js 写过代码的话,应该对回调很熟悉。在函数式语言里面,有一个更加正式的名字:continuation-passing style 或则 CPS。

我们通过如下函数读取文件内容:

const readFileCPS = (path, cb) => {
fs.readFile(
path.trim(),
(err, data) => {
const result = data.toString()
cb(result)
}
)
}

但是有一个问题:我们不能使用composeF了。因为readCPS函数本身不在返回任何东西。
我们可以重新定义一个复合函数composeCPS,如下:

const composeCPS = (g, f) => {
return (x, cb) => {
g(x, y => {
f(y, z => {
cb(z)
})
})
}
}

const readFileContentCPS = composeCPS(readFileCPS, readFileCPS)
readFileContentCPS('./file1', result => console.log(result))

注意:在composeCPS中,我交换了参数的顺序。composeCPS会首先调用函数g,在g的回调函数中,再调用f, 最终通过cb返回值。

接下来,我们来一步一步改进我们定义的函数。

第一步,我们稍微改写一下readFIleCPS函数:

const readFileHOF = path => cb => {
readFileCPS(path, cb)
}

HOF是 High Order Function (高阶函数)的缩写。我们可以这样理解readFileHOF: 接收一个为path的参数,返回一个新的函数。该函数接收cb作为参数,并调用readFileCPS函数。

并且,定义一个新的复合函数:

const composeHOF = (g, f) => {
return x => cb => {
g(x)(y => {
f(y)(cb)
})
}
}

const readFileContentHOF = composeHOF(readFileHOF, readFileHOF)
readFileContentHOF('./file1')(result => console.log(result))

第二步,我们接着改进readFileHOF函数:

const readFileEXEC = path => {
return {
exec: cb => {
readFileCPS(path, cb)
}
}
}

readFileEXEC函数返回一个对象,对象中包含一个exec属性,而且exec是一个函数。

同样,我们再改进复合函数:

const composeEXEC = (g, f) => {
return x => {
return {
exec: cb => {
g(x).exec(y => {
f(y).exec(cb)
})
}
}
}
}

const readFileContentEXEC = composeEXEC(readFileEXEC, readFileEXEC)
readFileContentEXEC('./file1').exec(result => console.log(result))

现在我们来定义一个帮助函数:

const createExecObj = exec => ({exec})

该函数返回一个对象,包含一个exec属性。
我们使用该函数来优化readFileEXEC函数:

const readFileEXEC2 = path => {
return createExecObj(cb => {
readFileCPS(path, cb)
})
}

readFileEXEC2接收一个path参数,返回一个exec对象。

接下来,我们要做出重大改进,请注意!
迄今为止,所有的复合函数的两个参数都是函数,接下来我们把第一个参数改成exec对象。

const bindExec = (execObj, f) => {
return createExecObj(cb => {
execObj.exec(y => {
f(y).exec(cb)
})
})
}

bindExec函数返回一个新的exec对象。

我们使用bindExec来定义读写文件的函数:

const readFile2EXEC2 = bindExec(
readFileEXEC2('./file1'),
readFileEXEC2
)
readFile2EXEC2.exec(result => console.log(result))

如果不是很清楚,我们可以这样写:

bindExec(
readFileEXEC2('./file1'),
readFileEXEC2
)
.exec(result => console.log(result))

我们接下来把bindExec函数放入exec对象中:

const createExecObj = exec => ({
exec,
bind(f) {
return createExecObj(cb => {
this.exec(y => {
f(y).exec(cb)
})
})
}
})

如何使用呢?

readFileEXEC2('./file1')
.bind(readFileEXEC2)
.exec(result => console.log(result))

这已经和在函数式语言Haskell里面使用Monad几乎一模一样了。

我们来做点重命名:

  • readFileEXEC2 -> readFileAsync
  • bind -> then
  • exec -> done
readFileAsync('./file1')
.then(readFileAsync)
.done(result => console.log(result))

发现了吗?竟然是Promise!

Monad在哪里呢?

composeCPS开始,都是Monad.

  • readFIleCPS是Monad。事实上,它在Haskell里面被称作Cont Monad
  • exec 对象是一个Monad。事实上,它在Haskell里面被称作IO Monad

Monad 有什么性质呢?

  1. 它有一个环境;
  2. 这个环境里面不一定有值;
  3. 提供一个获取该值的方法;
  4. 有一个bind函数可以把值从第一个参数Monad中取出来,并调用第二个参数函数。第二个函数要返回一个Monad。并且该返回的Monad类型要和第一个参数相同。

数组也可以成为Monad

Array.prototype.flatMap = function(f) {
const r = []
for (var i = 0; i < this.length; i++) {
f(this[i]).forEach(v => {
r.push(v)
})
}
return r
}

const arr = [1, 2, 3]
const addOneToThree = a => [a, a + 1, a + 2]

console.log(arr.map(addOneToThree))
// [ [ 1, 2, 3 ], [ 2, 3, 4 ], [ 3, 4, 5 ] ]

console.log(arr.flatMap(addOneToThree))
// [ 1, 2, 3, 2, 3, 4, 3, 4, 5 ]

我们可以验证:

  1. [] 是环境
  2. []可以为空,值不一定存在;
  3. 通过forEach可以获取;
  4. 我们定义了flatMap来作为bind函数。

结论

  • Monad是回调函数 ?
    根据性质3,是的。

  • 回调函数式Monad?
    不是,除非有定义bind函数。

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