語言界的Redux?從學習Elm到函數式編程的啟發

Wendell Liu
Aug 18, 2016 · 8 min read

標題是「英國的五月天 — 披頭四」的惡搞哏

Preface

大概一個月前,稍微碰了Haskell。沒有特別打算作些什麼,只是單純地為了更瞭解Functional Programming。實際上功效還蠻大的,對於JavaScript乃至Python的編程上,都開了另一片天地。

這幾天無意查到了Elm,著實覺得這是個神奇的傢伙,學習語法、概念、照著教學實做,應該可以大概介紹一下。希望以一個前端開發者的角度,記錄初探Elm的過程以及聯想。

本篇文章大概分為兩個部份:

  1. Elm的基礎介紹、開發工具及Elm架構
  2. Functional Programming給我的啟發

不會有的:

  1. Elm基礎語法
  2. Step-by-step的實做Tutorial

由於發展不過四年,Elm的社群自然不似JavaScript或其套件們那樣蓬勃。我在網路上或官網中,找到的範例相對精緻(不要一開始就給人家看TodoMVC啦)。所以要是需要真的非常簡單的例子可以參考我自己試玩Elm的範例github repository


Elm的基礎介紹、開發工具及Elm架構

先從維基百科的介紹開始:

Elm is a functional programming language for declaratively creating web browser-based graphical user interfaces.(Elm為一個函數式語言,以宣告式的編程來撰寫Web UI。)

Elm於2012年首度發表,並且很直接地瞄準了Web UI的領域。作為一個語言,Elm最有趣的是compile(編譯)後的結果是JavaScript,實際上也能夠直接compile成Html。

所以或許能夠粗糙的將Elm視為以純函數式語言來撰寫JavaScript。然而與眾多compile-to-JavaScript-language比較,Elm總歸是一獨立語言,雖然提供了一些方式來和JavsScript溝通,但肯定更加不方便。例如import JavaScript module。實際上,Elm有其獨立的開發生態體系,因此更應該先有的觀念是,別把Elm直接和CoffeeScript、TypeScript聯想在一起。

from http://elm-lang.org/blog/blazing-fast-html

由於Elm的重點擺在編寫Web UI,講白了就是要Render Html。官網有上面這張圖,目的是和其他一樣精於此道者的效能比較。這裡也有另一份2014年時作的效能評測,以供參考。

開發工具

目前Elm的生態圈裡,有幾個官方工具是需要知道的:

  1. elm-repl — Elm的即時互動式界面
  2. elm-reactor — 開發Elm的工具。讓開法者直接以靜態網頁的形式讀取.elm file,再即時build成html。並且提供不錯的error report界面
  3. elm-make — Elm的build tool。可以編譯成JavaScript file或Html file

方便的是,包括其core和package manager,官方提供的Installer就一次攢便便。

The Elm Architecture

大家有碰過Redux嗎?其優雅且好測試的結構令人十分著迷。實際上,Redux的結構才是受到Elm的啟發,準確地說,是受到Elm先天支援的資料流架構,The Elm Architecture所影響。

特別的是,並非依靠第三方套件,Elm原生就創造了這個資料流架構。由於其高維護性、易測試性以及優雅而獲得青睞。

Elm Architecture的基本結構如下:

  • Model — App State
  • Update — 唯一能夠改變State的部位
  • Message — 送進Update,讓其對Model做出開發者定義的改變
  • View — App View

如果和Redux的架構比較,Elm的Model則相當於Redux的Store、Elm的Update則是Redux Reducer的前身,而Message則對應於Action。

這是一個實做簡易計數器的原始碼,大致就是與Redux相同的單一狀態庫單一資料流的架構。最後再以App.beginnerProgram將其串起來成為一個完整的web app。

稍微與Redux不同的是,由於如同Haskell,Elm支援Type(型態)。因此Message就是一個Function,佐以Type Annotations(型態註解)的方式宣告Message可能的Type(Union Types),來分別不同的Message。Redux則是以Action這個物件中的type對應的字串作為分別依據。如此一來便能夠在編譯階段就能察覺到typo(雖然在實務上在Redux中我們也能先定義type string為常數來達到一樣效果)。

關於Type的基礎可以參考官方文件

大致上來說,Elm原生的開發工具、流程,都算很完整。只要搞懂純粹的函數式語言的編程方式,基礎開發應該問題不大。


Functional Programming給我的啟發

第二部份會記錄在接觸純函數式語言後,對於我在寫具函數式特性但非純函數式語言,如JavaScript的啟發。因此這段落應該不會再有Elm的程式碼,而會以JavaScript作為範例。

Declarative vs. Imperative

開頭的介紹即有提到,Elm是屬於Declarative programming language(宣告式語言),或說函數式語言便是屬於宣告式語言的一種。

在宣告式語言中,每步最小單位有效的程式碼都是在宣告一個值。白話的說,你永遠都是在定義變數,無論是新變數或覆寫變數。相對於Imperative Programming(指令式編程),不會有流程向的程式碼來作定義目標變數前的準備。

上面這Demo code是將一個陣列先篩選大於5的數字,然後再將它們加上10作為結果。當然無關函數式編程,上部份的確也是能再更簡化。但為了創造一個簡化但具有指令式編程特色的案例,我刻意在迴圈中加上一個臨時性變數來突顯何謂「流程向程式碼」。大家應該能夠試著對應出平時寫程式時,真正無法再簡化、必須經過的「流程向程式碼」。

採取宣告式的目的是希望能夠根本的減少程式碼的副作用並且讓程式碼更簡潔。由於少了我所謂的「流程向程式碼」,過往可能會在取得目標變數以前,改變了某個scope的變數,或因此撰寫了多餘的程式碼。我引用維基百科上的一段作為這部份的總結:

宣告式編程是告訴電腦需要計算「什麼」而不是「如何」去計算。

Immutable

在函數式編程中,所有的變數在初始化後都只能被覆寫,而「不可變動」。這意味著在撰寫程式碼時,你能夠很明確的知悉所有變數目前的值,而不會不小心在某個地方,因為副作用改變了變數的值。這能夠帶來安全性的增加以及減少變數值改變的混亂。

Vanilla JavaScript 變數並非是immutable。除了強制的讓變數不可變動外(例如使用immutable.js開發),以獲得上述的好處外,實質上,我們應當將其視為一種pattern。讓自己在寫程式時盡可能不去更動變數,尤其在不同scope間,盡可能不要寫下有副作用的程式碼。

Function is Simple

在JavaScript中,儘管function是第一級公民(First Class Citizen)。然而可能因為過去的編程習慣,function並不被強調,因此我們往往低估了function的彈性(而高估class)。而在函數式編程,「函數」自然是最重要的核心。藉由許多pattern,如currying、closure等,讓函數就能達到我們的各式需求,並且有許多好處。

想像這個例子:目的是在接下來的程式碼中,能夠明確、有效率的在兩個已知的HTML Element中加入新的element。

將函數currying除了能夠避免重複的程式碼外,在維護性、擴充性上也更加良好。並且每次的動作都非常明確且安全。想像如果已知有第三個HTML Element — node3,若有個typo是node3.appendChild(someNode),在運行上並不會出現錯誤,卻造成意想不到的結果。然而如果基於上述的寫法,由於沒有定義appendForNode3的函數,發生typo則會跳錯。某些意義上也是一種權限的概念。

物件導向編程當然也能夠很良好的處理上述的案例,不過物件導向在大部分的時候只是讓事情變得過度複雜。能夠簡單作的,何不就簡單呢?

函數式編程本身還有許多優點,而我這部份僅是以如何讓混合式(Hybrid)語言的撰寫上,從指令式語言的習慣作一些有意義的改善。若要強調函數式和物件導向的差異,可以參考這篇(謝謝碼天狗的推薦)。


後記

事實上,一開始我只覺得用一個純函數式語言寫web UI根本是在惡搞人,但在習慣後確實能夠寫得很簡捷(當然也托The Elm Architecture的福)。

然而無論接下來會不會試著用Elm作些什麼,其所帶來的啟發已是很不賴的。除了寫其他語言的影響外,若以開發函式庫的角度來說,純函數式語言也能夠讓你對模組化又多一層想像。

總之是持續關注Elm的發展。

Frochu

Frochu — Frontend Ochu ,程式碼的黑手,親手實作的前端知識推動者

Wendell Liu

Written by

A Frontend Developer in honestbee. Fullstack Engineer and Functional Programming enthusiast. Love the quote "Ideas are bulletproof."

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