Introduction to functional programming

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1. 関数型プログラミング超入門 Shigeki Shoji @takesection 2022-09-14
2. ゴール Functional Programming (関数型プログラミング) の土台となるコンセプトを理解する 2
3. 目次 Referential Transparency (参照透過性) Immutable (不変性) Side Effect (副作用) Higher-order Function (高階関数) Map、Filter、Reduce 3
4. Referential Transparency (参照透過性) 参照透過性とは、「プログラムの構成要素が同じもの同士は等しい」ということです。 例えば: 1 と 1 は等しい 文字列 abc と文字列 abc は等しい 関数 f(1) と 関数 f(1) は等しい つまり、変数 a と b に同じ値 (1 や abc や f(1)) を代入しているなら、a と b は等しいという ことになります。 4
5. 参照透過性の利点 (An advantage of referential transparency) 参照透過性の利点は、数学的推論が利用できることです。f(1) の計算結果は常に f(1) の計算結 果と等しいため、その時の状況によって結果が変わらないため、テストが容易になります。 5
6. Immutable (不変性) 構造化/手続き型/ 命令型プログラミングでは、次の例のように、変数をミュータブルに使用す るのが一般的です。 int sum = 0; for (int x: list) sum = sum + x; 変数 sum、x の値はプログラムの実行中に値を変化させます。これは、参照透過性の破壊を 意味します。 関数型プログラミングでは、イミュータブルな変数を利用することが一般的です。 6
7. Side Effect (副作用) 関数がファイルやデータベース、ネットワーク等外部との入出力に依存している場合、外部 環境の変化により関数の結果が変化することがあります。このような作用を「副作用」と呼 びます。副作用もまた参照透過性の破壊に繋がります。 この副作用を伴わずに参照透過性を持つ関数を「純粋な関数」と呼びます。 関数型プログラミングで、副作用を伴う関数を定義する場合、副作用を特定の関数内に隔離 することがベストプラクティスになります。 7
8. Higher-order Function (高階関数) 高階関数とは、簡単にいうと引数に関数を、あるいは関数を返す関数です。 次の例は、Javaによる高階関数を定義する例です。Optional.map() は引数が関数 (Function) です。関数には、次のようにラムダ関数も使用できます: Optional<Integer> maybeId = Optional.ofNullable(1); maybeId.map(id -> { System.out.println(id); return id; }); 8
9. Map、Filter、Reduce ここで説明する Map、Filter、Reduce はコレクションやストリームを扱う高階関数を使うパ ターンです。 map(f) は、要素の型を変換する関数が引数になります。元の型 E を変換後の型 F にしま す。 filter(f) は、要素の値を評価して通過させる場合は true、破棄する場合は false を返す関 数が引数になります。 reduce(f) は、コレクションやストリームの要素の合計値を求めるというような計算に使 用します。引数は要素の値を使って集計する関数になります。 val seq = Seq("1", "2", "3", "2", "2", "4") seq.map(_.toInt).filter(_ == 2).reduce((x, y) => x + y) 9
10. method と function の違い C++ や Java ではオブジェクトにフィールド (field) やメソッド (method) を定義します。 method はオブジェクトの field を使用するロジックを記述します。 ロジックは、基本的には上のステートメントから下のステートメントに順番に実行され、ル ープによって上のステートメントに戻ったり、条件文によって、特定のコードブロックが実 行される、手法 (method) を記述します。 対して、関数 (function) は式 (formula) を定義します。 10
11. Scala の Option の使い方 Option[T] は None か Some(T) のいずれかになります。 val maybeId: Option[Integer] = Option(1) // or Some(1) maybeId.map { id => System.out.println(id); id; } 11
12. Scala の Either の使い方 Either[L, R] は Left(L) か Right(R) のいずれかになります。 import java.io._ val line: Either[IOException, String] = Right("abc") line.map { l => System.out.println(l); l; } 12
13. Scala の Try の使い方 Try[+T] は Success(T) か Failure(E) のいずれかになります。 import scala.util.Try Try("123").map(_.toInt) 13