第1章：函数式编程简介

1.1 什么是函数式编程？

函数式编程（Functional Programming，简称 FP）是一种编程范式，它强调使用函数作为程序构建的基本单元。与传统的命令式编程不同，函数式编程更关注“做什么”（what）而非“怎么做”（how）。在这种范式中，程序被视为一系列函数的组合，这些函数通过输入和输出的关系相互连接，而不依赖于可变状态或副作用。

定义与核心思想

函数式编程的核心思想源于数学中的函数概念。在数学中，函数是一个从输入到输出的映射，给定相同的输入总是产生相同的输出。函数式编程将这一理念引入软件开发，要求函数具有以下特性：

• 纯函数性：函数的输出仅依赖于输入，不受外部状态影响，也不修改外部环境。
• 不可变性：数据一旦创建就不可更改，所有操作都通过创建新数据来完成。
• 声明式：代码描述问题的解决目标，而非具体的执行步骤。

例如，在函数式编程中，你可能会写一个函数来计算列表中所有数字的和，而不是用循环逐步累加。这种方法让代码更简洁、更易理解。

# 函数式风格（Python 示例）
numbers = [1, 2, 3, 4]
total = sum(numbers)  # 声明式的求和

与命令式编程的对比

要理解函数式编程，可以将其与命令式编程（Imperative Programming）进行对比。命令式编程是大多数开发者熟悉的范式，例如 C 或 Java 的传统用法，它通过一系列明确的指令告诉计算机如何逐步完成任务。以下是一个简单的对比：

在命令式编程中，开发者需要手动管理循环和变量的更新，而函数式编程通过内置的高级抽象（如 sum 函数）隐藏了这些细节。这种差异使得函数式编程在某些场景下更简洁，但在需要细粒度控制时可能显得不够直观。

函数式编程的优势

函数式编程的独特设计带来了几个显著的好处：

• 可预测性：由于纯函数没有副作用，相同的输入总是产生相同的输出，这使得调试和测试更加容易。
• 模块化：函数可以像积木一样组合，增强代码的可重用性。
• 并发友好：不可变性和无状态的特性消除了数据竞争的风险，非常适合多线程或分布式系统。

然而，函数式编程并非万能药。它可能需要开发者改变思维方式，并且在性能敏感的场景中（如频繁创建新对象），可能会带来额外的开销。

小结

函数式编程是一种以函数为核心、以数学思想为根基的编程方式。它通过纯函数、不可变性和声明式风格，提供了不同于命令式编程的视角。尽管它起源于学术领域，但如今已被广泛应用于实际开发中，尤其是在需要高可靠性或并发能力的系统中。下一节，我们将探讨函数式编程的历史渊源，了解它是如何发展到今天的。