纯函数：为什么它们是函数式编程的基石？

什么是纯函数？

首先，咱们来看下什么是纯函数。

在计算机科学中，函数是指接受一个或多个输入并产生一个输出的计算单元。通过函数，我们可以将一个庞大的问题拆成一系列小的子问题，这些子问题可以更容易地处理和组合。但是，如果函数对同样的输入产生不同的输出，或者函数在执行时对程序状态造成了影响，那么这个函数就不是纯函数。

所以纯函数的输出只取决于它的输入，并且没有副作用。即相同的输入永远得到相同的输出，不会修改任何外部状态，不会影响到程序的运行环境。在函数式编程中，纯函数是非常重要的概念，因为它们可以更加可靠、易于测试和维护，它是函数式编程的基础。

一个纯函数可以看作是一个数学函数，因为它根据输入参数计算结果，不考虑任何外部因素。下面来看一个纯函数的示例：

function double(num) {
  return num * 2;
};

在这个函数中，如果 num 参数相同，那么结果也会相同，而且这个函数没有任何副作用，不会改变任何程序状态或环境。

下面，我们将详细介绍纯函数的概念、优点以及如何编写纯函数。

概念

纯函数是指一个函数没有副作用，也就是说，函数不会改变除函数之外的任何内容。如果一个函数满足以下条件，那么它就是一个纯函数：

• 对于相同的输入，函数返回相同的输出。
• 函数执行过程中没有副作用，不修改函数之外的任何内容。
• 函数没有引入全局状态。

优点

纯函数的优点在于它们可以提供更好的可维护性和可测试性。由于一个纯函数完全由输入所决定，因此可以保证函数的行为是可预测的，不会受到外部因素的影响。这使得纯函数更加容易测试，因为可以简单地对函数进行单元测试，而不需要担心函数的影响。

此外，纯函数还具有很好的可组合性。由于纯函数不会引入任何副作用，因此可以安全地将它们组合在一起。这使得函数的复杂性得到了控制，提高了代码的可读性和可维护性。同时，由于纯函数不修改外部状态，因此它们易于并行执行。每个纯函数都可以独立地执行，而不必担心任何其他线程或进程会干扰它。

并且由于纯函数具有相同的输出，给定相同的输入，因此我们可以缓存函数的输出，而不必重新计算。这提高了性能，因为不需要重复代码执行，可以节省计算时间。同时，纯函数更容易优化，因为它不依赖于外部状态，可以通过自身的输入和输出进行优化。

还有就是，由于纯函数不依赖于外部状态，因此可以更轻松地进行重构和修改。我们可以更改纯函数的实现方式，而不用担心影响其他代码的行为。

因此，我推荐大家使用纯函数的主要原因是，纯函数具有可测试性、可维护性和可重用性，而且易于并行化和优化。纯函数能够有效降低程序的复杂度和维护成本，这是函数式编程的一个重要理念。

下面是一个例子，说明如何使用纯函数和非纯函数实现完全相同的功能：

// 非纯函数的实现方式
let num = 0;
function add(number) {
  num += number;
  return num;
}
console.log(add(1));   // 1
console.log(add(2));   // 3
console.log(add(3));   // 6
console.log(num);      // 6

// 纯函数的实现方式：
function add(sum, number) {
  return sum + number;
}
let num = 0;
let sum = add(add(add(num, 1), 2), 3);
console.log(num);  // 0
console.log(sum);  // 6

可以看出，第一种实现方式使用了一个全局变量，修改了外部状态，而第二种实现方式使用了一个纯函数，没有修改任何外部状态。

编写纯函数的技巧

编写纯函数有一些技巧，这些技巧可以帮助我们编写更好的纯函数：

• 避免使用全局状态，最好传递所有需要的状态作为函数的参数。
• 避免修改输入的参数，如果需要改变输入参数，最好使用副本进行操作。
• 避免使用外部资源，如访问数据库或网络，最好把这些操作封装在纯函数之外。
• 使用不可变数据结构，例如数组或对象不变性，确保函数不会改变任何输入参数。
• 避免使用非纯函数，最好使用纯函数进行组合。如果必须使用非纯函数，可以将其封装在一个纯函数内部，以确保纯函数的一致性。

最后的叨叨

函数编程的一个重要思想是尽可能使用纯函数，避免非纯函数的副作用。纯函数可以提供更高的可维护性和可测试性，因为它们的行为是可预测的。

编写纯函数需要遵循一些技巧，例如避免使用全局状态、修改输入参数和使用外部资源等。在编写高质量代码时，应该尽量使用纯函数，以提高代码的可靠性、可维护性和可扩展性。

虽然在某些情况下，使用非纯函数是必要的，但我们应该尽可能地使用纯函数，尽可能减少程序的副作用。从长远来看，这将使我们编写更好的代码。