了解C# 函数式编程

什么是函数式编程

函数式编程是一种编程范式，维基百科对函数式编程定义如下:

函数式编程（英语：functional programming）或称函数程序设计，又称泛函编程，是一种编程典范，它将计算机运算视为数学上的函数计算，并且避免使用程序状态以及易变对象。函数编程语言最重要的基础是λ演算（lambda calculus）。而且λ演算的函数可以接受函数当作输入（引数）和输出（传出值）。

比起指令式编程，函数式编程更加强调程序执行的结果而非执行的过程，倡导利用若干简单的执行单元让计算结果不断渐进，逐层推导复杂的运算，而不是设计一个复杂的执行过程。

函数式编程的特点

• 将函数作为“值”进行传递

• 更好的处理并发

将函数作为“值”进行传递

我理解的函数式编程最大特点是它常常将某一函数作为另一函数的入参或出参，这种特性让程序有更强的扩展性，节约了更多枯燥无味的繁琐代码。所以通常我们看到的函数式编程的代码都极其简约。

例:

        Func<int, int> triple = x => x * 3;        var range = Enumerable.Range(1, 3);        var sampleResult = range.Select(triple);
        sampleResult.ToList()
            .ForEach(p => Console.WriteLine(p));
        Console.ReadLine();

上面代码里我们将triple用于range.Select方法的入参，也在sampleResult.ToList().ForEach方法中将p => Console.WriteLine(p)作为入参。

更好的处理并发

这个光看标题不太好理解，我们先看非函数式编程在对我们的集合类型做操作时候对集合本身造成了哪些影响。

    var lst = new List<int> { 5, 7, 1 };
    lst.Sort();
    lst.ForEach(p => Console.WriteLine(p));
    Console.ReadLine();

上面的输出结果会是 1 5 7

结果改变了我们定义时候的集合元素顺序，这种做法也许不是我们的本意，这种更改原定义数据的做法叫 “状态突变”

再来看一段代码范例，很形象的表达了状态突变带来的问题。

    var nums = Range(-10000, 10000).Reverse().ToList();
    Action task1 = () => Console.WriteLine(nums.Sum());
    Action task2 = () =>
    {
        nums.Sort();
        Console.WriteLine(nums.Sum());
    };

    Parallel.Invoke(task1, task2); //并行执行两个方法
    Console.ReadLine();

上面的代码能通过编译器的检查，但是实际运行就需要运气，不出意外会抛出异常：“System.InvalidOperationException: 集合已修改；可能无法执行枚举操作。”

原因也简单，两个方法同时对一个集合进行排序，任务1还没有排序完成时候任务2也在排序，两个排序都在操作同一块内存里的数据，相互打乱对方原已排序好的下标。

很显然造成这个问题的原因在于两个任务引用的数据源都在相同的内存地址(托管堆分配的位置)上，如果两个Task单独运行是绝对没有问题的。

好了，我们试下用函数式编程方式来处理这个问题看看。

    var nums = Range(-10000, 10000).Reverse().ToList();
    Action task1 = () => Console.WriteLine(nums.Sum());
    Action task3 = () =>
    {
        Console.WriteLine(nums.OrderBy(p => p).Sum());
    };
    Parallel.Invoke(task1, task3); //并行执行两个方法
    Console.ReadLine();

这次不管你启动多少次程序都不会再抛出InvalidOperationException异常了。 原因也很简单，OrderBy(p => p)执行原理是创建了一个新的集合，排序也是在新的集合上执行的，所以不会出现InvalidOperationException异常。

上面两个案例我们得知函数式编程的部分特性，其中对于并发的处理上函数式编程能给我们代码带来更稳定的实现。通常我们会忽略这些潜在的问题，就好比刚开始用户数不多我们不会启用Task并行执行方法，后续因为业务需要，引入并行机制后又忽略原有的运算方式从而导致很多潜在bug。

当然有人会纠结说但从执行上来说上面的排序方式其实所消耗的性能更大(因为是创建了独立的集合)，这个我想说 我们的很多代码还真没达到需要纠结那么微小的性能消耗，它所带来的收益往往是大于它产生的消耗~

高阶函数

高阶函数(Hight-Order Function,HOF)是接受其他函数作为输入或返回一个函数作为输出的函数，或两者都皆有(是不是特别像js最原生的回调函数,哈哈哈~)
仔细想想我们常用的Linq中的Where、FirsOrDefault、OrderBy...都是高阶函数。

函数式编程优势

• 简洁

• 高并发兼容性强

• 组合性强(关注分离)

函数式编程在C#中的发展

微软在发布Framework3.5的时候引入了System.Linq，这是一项革命性的变革。Linq就是一个函数式库，我们现在编程几乎已经离不开它了。 Select、Where、OrderBy...各种函数式编程风格的方法让我们在对集合类型的运算、映射、对比、排序中极为方便。个人认为Framework3.5对于.Net开发者来说是革命性突破，后续的版本再无此次变更带来的意义重大！ 当然未来C#对函数式编程是持更加扶持的态度的，很多细节上面可以看得出来。

作者：长沙大鹏
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