函数式编程相关概念

Java 8 引入了 lambda 表达式，以及函数式编程风格。在了解函数式编程过程中，做了些笔记，摘录于本文。

嵌套函数( Nested Function )

1. 嵌套函数，是指在另一个函数里面定义的一个函数。外层的函数，这里简称为外层函数。

2. 函数的嵌套可以是多层嵌套。嵌套函数可以看到其全部的外层函数的非局部变量。在实际程序中，嵌套的层数一般很少。下面是一个三层嵌套的例子， innerOfInner 也可以访问在 outer 函数体重定义的变量 x 。

function outer(){
    var x = 1;
    function inner(){
        x += 1;
        console.log(x);
        function innerOfInner(){
            x += 10;
            console.log(x);
        }
        return innerOfInner;
    }
    return inner;
}

3. 嵌套函数对非局部变量拥有读和写的权限。

4. 如果一个嵌套函数可以逃离外层函数，例如函数是第一公民，并且内嵌的函数被传到另外一个函数作为参数或者被当做返回值，那么，就会产生一个闭包 ( closure )，通过调用逃离的函数，可以访问函数的原本的环境变量。此时，外层函数的框架 ( frame )会继续存在，直到所有指向此框架的闭包消失。闭包所指向的非局部变量会从栈内存被移到堆内存。

5. Javascript 支持嵌套函数。Java 通过 Lambda 表达式，内部类，匿名类来间接支持内置函数。

例子，add 是外层函数，plus 是嵌套函数。counter 对于 add 来说是局部变量，对于 plus 来说则是非局部变量 ( non-local variable )。在一个外层函数 add 的函数体里面，定义了一个嵌套函数 plus ，然后调用嵌套函数，并返回结果。

function add() {
    var counter = 0;
    function plus() {counter += 1;}
    plus();    
    return counter; 
}

非局部变量( non-local variable )

1.非局部变量其实是相对的一个称谓，是指既不是局部又不是全局的变量。这个称谓一般用于内嵌的函数，或者匿名函数的上下文当中。

2. 在编程语言中，实现非局部变量比较困难，这也导致了嵌套函数、匿名函数、高阶函数、头等函数等功能难以实现。 

3. 如在上面第 4 点中提到，当嵌套函数被逃离外层函数时，一个闭包就会被产生，并被用于定位非局部变量。当外层函数返回内嵌函数时，外层函数执行完毕，从栈上被弹出，非局部变量也会从栈上消失。但是非局部变量仍然被内存函数引用，所以需要在堆上给他们重新分配内存。这样，非局部变量的生命周期就会长于定义它的外层函数。

非局部变量例子简单例子，参照嵌套函数中 add / plus 的代码以及解释。

闭包 ( Closure )

1. 在操作中，闭包是指一条记录，存储着一个函数和它的环境变量。这个函数既可以是有名函数，也可以是匿名函数。

下面例子中，第一个闭包的函数原来是一个有名函数，而第二个闭包的函数原来是匿名函数。

function f(x) {
    function g(y) {
        return x + y;
    }
    return g; 
}

function h(x) {
    return function(y) { 
        return x + y 
    }
}

var ff = f(3);
ff(5);     // return 8;
var hh = h(3);
hh(5);    // return 8;

闭包可以直接被使用，而不用赋值给其他变量，此时称其为匿名闭包，如下。

f(3)(5);   // return 8

2. 原来的嵌套函数例子中，内嵌的函数在外层函数体内被执行，如果外层函数返回嵌套函数，则产生了一个闭包。见下面例子。

function add() {
    var counter = 0;
    function plus() {
        counter += 1;
        return counter;
    }
    return plus; 
}

 

参考资料

Nested function, wikipedia 

Non-local variable, wikipedia

Closure (computer programming), wikipedia