前　　言
這是一本為每日編寫(xiě)代碼的程序員所寫(xiě)的書(shū)，目的是幫助他們了解如何使用函數(shù)式編程語(yǔ)言來(lái)完成實(shí)際的任務(wù)。因此，我不會(huì)花太多時(shí)間去探討函數(shù)式編程的理論，如Monads、Monoids、Functors、Categories等。這并不是說(shuō)這些理論不正確、無(wú)價(jià)值或不相關(guān)，而是因?yàn)樗鼈兺ǔ２粫?huì)出現(xiàn)在程序員的日常工作中。這些理論已經(jīng)與常見(jiàn)的語(yǔ)言、代碼庫(kù)和框架融為了一體。如果對(duì)函數(shù)式理論感興趣，推薦閱讀Mark Seemann的著作。
本書(shū)探討的是如何（以及為何要）在日常工作中使用函數(shù)式編程為真實(shí)的客戶構(gòu)建真實(shí)的系統(tǒng)。接下來(lái)我們將比較下面兩種常見(jiàn)的代碼結(jié)構(gòu)——面向?qū)ο笳Z(yǔ)言（如Java）和函數(shù)式語(yǔ)言（如Clojure）。
我之所以選擇這兩種語(yǔ)言，是因?yàn)镴ava使用得非常廣泛，Clojure則極容易學(xué)習(xí)。
函數(shù)式編程和過(guò)程式編程簡(jiǎn)史
1936年，艾倫·圖靈（Alan Turing）和阿隆佐·丘奇（Alonzo Church）這兩位數(shù)學(xué)家獨(dú)立解決了大衛(wèi)·希爾伯特（David Hilbert）所提出的著名難題之一：可判定性問(wèn)題。雖然由于前言的篇幅限制，我們無(wú)法詳細(xì)描述這個(gè)問(wèn)題，但只需知道這與尋找整數(shù)公式的通解有關(guān)即可。這與我們所討論的主題相關(guān)，因?yàn)閿?shù)字計(jì)算機(jī)中的每個(gè)程序其實(shí)都是一個(gè)整數(shù)公式。
這兩位數(shù)學(xué)家獨(dú)立地證明了這樣的通解不存在。他們證明了存在這樣的整數(shù)，它們永遠(yuǎn)不能由比該整數(shù)小的整數(shù)公式計(jì)算出來(lái)。另一種說(shuō)法是，存在計(jì)算機(jī)程序無(wú)法計(jì)算的數(shù)字。實(shí)際上，這就是艾倫·圖靈所使用的方法。在1936年所發(fā)表的著名論文中，圖靈發(fā)明了一種數(shù)字計(jì)算機(jī)，并證明了即使給定無(wú)限的時(shí)間和空間，計(jì)算機(jī)也無(wú)法計(jì)算某些數(shù)字。
另外，丘奇通過(guò)他所發(fā)明的lambda演算（一種用于操作函數(shù)的數(shù)學(xué)形式化方法）得出了同樣的結(jié)論。通過(guò)對(duì)形式化方法邏輯的操作，他證明了存在無(wú)法解決的邏輯問(wèn)題。
圖靈的發(fā)明是所有現(xiàn)代數(shù)字計(jì)算機(jī)的前身。所有數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)際上都是一臺(tái)（有限）圖靈機(jī)。所有在數(shù)字計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的程序?qū)嶋H上都是一個(gè)圖靈機(jī)程序。
丘奇和圖靈后來(lái)合作證明了他們倆的方法是等價(jià)的。圖靈機(jī)中的每一個(gè)程序都可以用lambda演算來(lái)表示。反之亦然。
所有的函數(shù)式編程實(shí)際上都是lambda演算。
這兩種編程風(fēng)格在數(shù)學(xué)上是等價(jià)的。任何程序都可以使用過(guò)程式風(fēng)格（圖靈）或函數(shù)式風(fēng)格（丘奇）來(lái)編寫(xiě)。本書(shū)要探討的不是這種等價(jià)性，而是如何使用函數(shù)式方法影響程序的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。我們將試圖確定函數(shù)式方法產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)是否優(yōu)于或劣于使用過(guò)程式方法所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。
關(guān)于Clojure
本書(shū)選擇Clojure是因?yàn)閷W(xué)習(xí)新語(yǔ)言比較難，如果同時(shí)學(xué)習(xí)新范式的話，更是難上加難。因此，為了簡(jiǎn)化學(xué)習(xí)任務(wù)，我選擇了一門(mén)既足夠簡(jiǎn)單又能夠讓我們學(xué)習(xí)函數(shù)式編程和函數(shù)式設(shè)計(jì)的語(yǔ)言。
Clojure語(yǔ)義豐富且語(yǔ)法簡(jiǎn)單。語(yǔ)法簡(jiǎn)單意味著學(xué)習(xí)起來(lái)比較輕松。學(xué)習(xí)Clojure的難點(diǎn)都在語(yǔ)義方面。雖然代碼庫(kù)和習(xí)慣用法需要很大的努力去內(nèi)化，但學(xué)習(xí)語(yǔ)言本身幾乎不費(fèi)力氣。希望本書(shū)能提供一種學(xué)習(xí)和欣賞函數(shù)式編程的方法，其間不會(huì)讓大家因新語(yǔ)言的語(yǔ)法而分心。
話雖如此，但本書(shū)并不是Clojure教程。在前幾章中，我會(huì)解釋一些Clojure的基礎(chǔ)知識(shí)并使用一些解釋性的腳注。同時(shí)，也期望親愛(ài)的讀者去做功課并查找相關(guān)資料。有幾個(gè)很好的網(wǎng)站可供查詢，我最喜歡的網(wǎng)站是https://clojure.org/api/cheatsheet。
本書(shū)會(huì)使用speclj測(cè)試框架。隨著內(nèi)容的展開(kāi)，測(cè)試代碼會(huì)越來(lái)越多。它與其他受歡迎的測(cè)試框架非常相似，因此在閱讀過(guò)程中，熟悉它的各種功能并不難。
關(guān)于架構(gòu)和設(shè)計(jì)
本書(shū)的重點(diǎn)是描述用函數(shù)式方法構(gòu)建的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和架構(gòu)原則。為此，我將使用統(tǒng)一建模語(yǔ)言（Unified Modeling Language，UML）圖，并參考軟件設(shè)計(jì)的SOLID原則、設(shè)計(jì)模式，以及整潔架構(gòu)的概念。不用擔(dān)心，書(shū)中會(huì)解釋這些概念，并引用許多外部參考資料供你查閱。
關(guān)于面向?qū)ο?br />許多人都認(rèn)為，面向?qū)ο缶幊毯秃瘮?shù)式編程互不兼容。本書(shū)應(yīng)該能夠證明事實(shí)并非如此。本書(shū)中的程序、設(shè)計(jì)和架構(gòu)是函數(shù)式和面向?qū)ο蟾拍畹娜诤象w。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我堅(jiān)定地認(rèn)為，這兩種風(fēng)格是完全兼容的。好的程序員可以并且應(yīng)該將兩者兼收并蓄，相互為用。
關(guān)于“函數(shù)式”
本書(shū)會(huì)使用“函數(shù)式”這個(gè)術(shù)語(yǔ)，并對(duì)其進(jìn)行定義和闡述。隨著內(nèi)容的展開(kāi)，我也會(huì)對(duì)這個(gè)概念做一些修正。有些例子雖然是用函數(shù)式語(yǔ)言和函數(shù)式風(fēng)格編寫(xiě)的，但并不是純粹的函數(shù)式。在大多數(shù)情況下，我會(huì)為“函數(shù)式”這個(gè)詞加上引號(hào)，并使用腳注指出所做的修正。
為何要做修正？因?yàn)楸緯?shū)強(qiáng)調(diào)的是實(shí)用，而非理論。從函數(shù)式風(fēng)格中獲得好處（而不是嚴(yán)格遵循理論）會(huì)更有趣。正如我們將在第1章中看到的，接受用戶提供的輸入?yún)��?shù)的“函數(shù)”并不是純粹的函數(shù)式，但本書(shū)會(huì)在需要實(shí)用性的地方使用這樣的“函數(shù)”。
本書(shū)所有示例的源代碼都存放在一個(gè)GitHub倉(cāng)庫(kù)中，地址為https://github.com/unclebob/FunctionalDesign。