13.1 纯函数与副作用

13.1 纯函数与副作用

函数式编程（Functional Programming）是 JavaScript 中的重要范式，而纯函数（Pure Function）和副作用（Side Effect）是理解函数式编程的核心概念。本节将详细介绍纯函数的定义、特点以及副作用的影响，并通过示例代码展示如何编写纯函数和避免副作用。

13.1.1 纯函数（Pure Function）

1. 定义
纯函数是指满足以下两个条件的函数：

• 相同的输入始终返回相同的输出（确定性）。
• 不依赖或改变外部状态（无副作用）。

2. 示例

// 纯函数
function add(a, b) {
  return a + b;
}
console.log(add(2, 3)); // 总是输出 5

3. 特点

• 可缓存性：由于输入输出恒定，可以缓存结果。
• 可测试性：不依赖外部状态，易于单元测试。
• 并行安全：无共享状态，适合并行执行。

13.1.2 副作用（Side Effect）

1. 定义
副作用是指函数在执行过程中对外部状态产生的影响，例如：

• 修改全局变量。
• 修改输入参数。
• 发起网络请求。
• 操作 DOM。

2. 示例

// 有副作用的函数
let count = 0;
function increment() {
  count++; // 修改外部变量
  return count;
}
console.log(increment()); // 输出 1（结果依赖外部状态）

13.1.3 纯函数 vs 非纯函数

13.1.4 如何避免副作用？

1. 不修改输入参数

// 非纯函数（修改输入参数）
function updateUser(user) {
  user.age = 25; // 直接修改参数
  return user;
}

// 纯函数（返回新对象）
function updateUserPure(user) {
  return { ...user, age: 25 }; // 使用展开运算符创建新对象
}

2. 隔离副作用
将副作用限制在可控范围内（如函数组合的最外层）：

// 将副作用隔离到单独的函数中
function fetchData(url) {
  return fetch(url); // 副作用（网络请求）在此发生
}

// 纯函数处理数据
function processData(data) {
  return data.filter(item => item.isActive);
}

3. 使用不可变数据
通过库（如 Immutable.js）或原生方法（如 Object.freeze）避免直接修改数据：

const user = Object.freeze({ name: "Alice", age: 24 });
function updateAge(user, newAge) {
  return { ...user, age: newAge }; // 返回新对象
}

13.1.5 示例代码

示例 1：纯函数

// 纯函数：计算数组平均值
function calculateAverage(numbers) {
  const sum = numbers.reduce((acc, num) => acc + num, 0);
  return sum / numbers.length;
}

console.log(calculateAverage([1, 2, 3])); // 输出 2

示例 2：隔离副作用

// 非纯部分（副作用）
function logMessage(message) {
  console.log(message); // 副作用（I/O 操作）
}

// 纯函数部分
function formatMessage(user, text) {
  return `${user.name}: ${text}`;
}

const user = { name: "Alice" };
const message = formatMessage(user, "Hello");
logMessage(message); // 输出 "Alice: Hello"

示例 3：避免修改输入

// 非纯函数（修改输入）
function addToCartImpure(cart, item) {
  cart.push(item); // 直接修改输入参数
  return cart;
}

// 纯函数（返回新数组）
function addToCartPure(cart, item) {
  return [...cart, item]; // 使用展开运算符创建新数组
}

13.1.6 总结

• 纯函数：输入输出确定、无副作用，适合核心逻辑。
• 副作用：需谨慎控制，尽量隔离到代码外层。
• 实践建议：
  • 优先编写纯函数。
  • 将副作用（如 API 调用、DOM 操作）集中管理。
  • 使用不可变数据避免意外修改。

通过理解纯函数和副作用，你可以编写更可预测、更易维护的代码。在接下来的学习中，我们将探索函数式编程的其他高级特性。

思考题：

1. 为什么纯函数更适合单元测试？
2. 如何将一个依赖全局变量的非纯函数改造成纯函数？
3. 在哪些场景下副作用是不可避免的？如何管理它们？