Kotlin 函数式编程思想

作为一个使用了很多年 Java 的开发者☕️，面向对象思想早已深入人心，但 Kotlin 语言本身是天然支持函数式编程的，如果你对此没什么感觉，那么请多用 Compose 。

但是 Kotlin 的函数式编程思想并不是仅仅可以在 Compose 上发挥作用，我们在任何地方都可以使用函数式编程来解决问题。相对于面向对象，函数式在很多时候都具有独特的优势，我们可以灵活的在合适的地方用合适的方式来编写代码。

倒不是说面向对象不好，面向对象是用来解决特定问题的，它可以很好的对事物做抽象和建模，但我们也不能陷入面向对象的条条框框之中。

在 Android 开发中的函数式也有一些特有的问题需要解决，本文主要就是来介绍 Kotlin 函数式编程以及 Android 开发中的函数式编程。

函数式最早可以追溯到一百多年前，数学家希尔伯特提出了著名的希尔伯特计划：希望建立一种严格的数学基础，保证所有数学问题都能通过形式化方法解决。其中的关键问题之一就是可判定性问题（Entscheidungsproblem）。这个问题在 1936 年被两个人同时解决，其中一个人是图灵，另一个人就是阿隆佐·邱奇。

邱奇在 1930 年代开发的 λ 演算，是建造自函数应用的一种计算形式系统。在 1937 年，艾伦·图灵证明了 λ 演算和图灵机是等价的计算模型，展示了 λ 演算是图灵完备性的。λ 演算形成了所有函数式编程语言的基础。

Kotlin 并不像 Haskell 一样是纯函数式编程语言，而是混合式的，其语法层面上是都支持的，我们可以灵活的切换编程方式，扬长避短。

函数式编程的概念

函数式编程是一种编程范式，将函数作为一等公民（first-class citizen），避免使用程序的状态和定义对象及变量，函数可以作为参数也可以作为返回值，程序的运行则是利用若干简单的函数计算逐级推导至复杂运算，最终完成计算过程，返回计算结果。

顶级函数

在 Kotlin 中我们会有个顶级函数的概念，也就是在一个 kt 文件中直接声明函数，而不是将函数声明在类的内部。这意味着我们可以直接把函数当作一段逻辑计算的入口，不需要通过类创建对象这样的方式，这也是函数式中的重要概念，也可以说是一个支持函数式编程语言的必备特性。

依赖注入怎么办？

如果都使用函数，那么就要解决依赖注入的问题，不过我知道的有些依赖注入框架是支持函数注入的，你可以直接在函数中加上参数，然后依赖注入框架会直接帮你注入。

kotlin 复制代码

typealias myFunction = () -> Unit

@Inject
fun myFunction(dep: Dep) {
}

当然我们的目的并不是打造一个纯函数式编程程序，既然是混合，那么类是完全可以接受的，我们仍然可以在类中使用依赖注入。

不过 Kotlin 似乎也考虑到了这一点，所以提供了 invoke 运算符重载，用过 UseCase 的人都知道这是怎么回事。

kotlin 复制代码

class UpdateActivityPubUserListUseCase @Inject constructor(
    private val contentRepo: FreadContentRepo,
) {
    suspend operator fun invoke(
        content: ActivityPubContent,
        allUserCreatedList: List<ListTimeline>
    ) {
        // do something
    }
}

看起来就是个普通的类，可以通过依赖注入在构造器内注入参数，区别在于使用了 operator 修饰符，重点是使用的时候可以像一个函数一样使用。

jsx 复制代码

class XXXViewModel @Inject constructor(
    private val updateActivityPubUserList: UpdateActivityPubUserListUseCase,   
): ViewModel(){
    
    init {
        viewModelScope.launch { 
		        // It's actually calling the invoke method.
            updateActivityPubUserList()
        }
    }
}

函数类型

函数作为一等公民的意思是函数可以作为一种变量的类型而存在，它并不会因为是函数而有什么特别之处，函数可以作为变量存储、作为参数传递、作为返回值。

jsx 复制代码

val add: (Int, Int) -> Int = { x, y -> x + y }
println(add(2, 3)) // 5

函数也可以接收其他函数作为参数。

jsx 复制代码

fun operate(x: Int, y: Int, f: (Int, Int) -> Int): Int = f(x, y)
println(operate(2, 3, { a, b -> a * b })) // 6

总之在 Kotlin 中使用函数非常灵活，虽然 Kotlin for JVM 也会把函数编译成类对象，但这毕竟是 JVM 的限制，而 Kotlin 本身是跨平台的，只要在源码层面可以将函数视为一等公民那就没什么问题了。

纯函数与幂等函数

幂等函数和纯函数都是函数式编程中的重要概念。幂等函数是指同样的输入多次执行结果保持不变。纯函数是指输入相同的参数输出的结果必然保持一致，并且没有副作用。

一个干净整洁的函数对于函数式编程来说非常重要，因为在函数式中函数的定义是一段特定的逻辑计算，它只接受函数的入参作为计算的依赖项，然后返回计算结果，通过连续地函数调用来完成整个复杂任务。除此之外不应该有任何其他的操作。既不应该依赖外部的状态，也不应该修改外部的状态。

副作用（Side Effect）

写过 Compose 或者 React 的开发者应该对副作用的概念很清楚，在声明式 UI 框架中，UI 部分一般都是通过幂等函数来实现，但实际上我们总有一些 UI 之外的事情要做，或者我们总希望能获取到某些 UI 的信息或者时机，但是作为幂等函数我们是不能修改外部变量的，因此提供了专门的 API 来管理副作用。

也就是说，副作用可以理解为幂等函数运行过程中的一些额外的影响，为了保持幂等性，我们需要通过副作用 API 将本次运行函数的影响暴露出来。

kotlin 复制代码

@Composable
fun UserDetailPage(viewModel: UserDeailViewModel){
    LaunchedEffect(Unit){
        viewModel.onPageResume()
    }
    Scaffold { 
        // ...
    }
}

不过，严格来说，Composable 其实并不能算是纯函数或者幂等函数，他们只是在设计上尽可能按照这个方向来设计，思想上保持一定程度的一致性。因为，首先将 UI 绘制到屏幕上本身就是一种副作用，所以 composable 的目的本来就是为了产生副作用。其次，composable 并没有返回值，不存在相同的输入就有相同的输出，可以说绘制 UI 就是 composable 的输出。只不过我们先了解了函数式编程后再来理解 composable 就容易多了。

不可变性(Immutability)

函数式编程中的 不可变性 (Immutability) 指的是：一旦数据（属性、对象、集合）被创建，就不能被修改。如果数据发生变化那么应该创建一个新的数据，而不是在原值上改动。这样保证了函数调用之间不会"互相污染"，也避免了一些隐藏的副作用。

这样我们很自然的就想到了 Kotlin 中的 val 和 data class ，通过 val 声明的属性是不可变的，一般来说 data clas 也是不可变的，Kotlin 虽然没有严格的要求，但是强烈推荐 data class 中的所有属性都必须使用 val 声明，否则会出现一些奇怪的问题。

并且 data class 提供了 copy 方法用于复制一个对象副本，在复制的时候可以修改其中的某些属性，这也符合函数式编程中的不可变性。

此外 Kotlin 中的集合默认也都是不可变集合，像 *arrayOf*() , *listOf*() , *mapOf*() 这种方式创建的集合都是不可变集合，考虑到方便的创建不可变集合，Kotlin 还贴心的提供了 buildList{ } 这样的函数防止我们为了省事创建了可变集合。

所以我现在在开发过程中已经很少使用变量了，如果看到某个地方声明了一堆 var 真的会引起生理不适🤮。这样的好处就是心智负担很低，不用担心这么多变量组合出千变万化的状态，整个程序逻辑变得异常清晰。

毕竟，多个变量共同作用组合出的状态可以说是指数级增加的，整个系统也会变的更加难以理解难以测试，实际上函数式思想就是将软件变成对数据的计算过程，如果合理的设计函数，那么可读性也会大大提高。

当然了，我们开发软件大部分使用的仍然是面向对象，函数式还是作为面向对象的补充，并且其中的一些思想完全可以借鉴，比如我们虽然还是要创建一个类，但是其中的属性可以尽量不可变，也不必排斥顶级函数，这不是什么语法糖🍬，这是函数式编程的体现。不用坚持某些教条主义，在实践中灵活的改变编程范式或许能让代码更优雅更简洁。