Functional JavaScript

本書は学術研究論文ではなく、実践マニュアルである。著述はすべて科学的に裏付けられ、過去の最高のアイデアと科学者たちによる説得力のある発見を統合したものだ。参考にしている分野は、生物学、神経科学、哲学、心理学などだ。特に重要なアイデアを見いだし、すぐ実行できる形で結びつけることで役に立つ構成になっている。

1. JavaScriptはファーストクラス関数を通じて関数型プログラミングをサポートする

ファーストクラス関数とは、他の値と同様にどこにでも置ける関数のことを指し、制約がほとんどない。

値としての関数。 JavaScriptでは、関数を変数に代入したり、他の関数の引数として渡したり、関数から返したり、データ構造に格納したりすることができる。この柔軟性が関数型プログラミング技法を可能にする。例えば：

• 関数を変数に代入する: var square = function(x) { return x * x; }
• 関数を引数として渡す: [1, 2, 3].map(function(x) { return x * 2; })
• 関数を返す: function makeAdder(x) { return function(y) { return x + y; }; }

このファーストクラス関数の性質が、JavaScriptにおける多くの関数型プログラミングパターンの基盤となっている。

2. 高階関数は関数型JavaScriptの鍵である

他の関数をキャプチャする高階関数は、抽象化を構築するための非常に強力な技法である。

強力な抽象化。 高階関数は、関数を引数として受け取るか、結果として関数を返す。これにより、強力な抽象化とコードの再利用が可能になる。一般的な例としては：

• map: コレクション内の各要素を変換する
• reduce: コレクションの要素を単一の値に結合する
• filter: 条件に基づいてコレクションから要素を選択する

これらの関数を使用することで、複雑な操作を簡潔に表現し、動作を組み合わせることができる。例えば：

const numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
const evenSquares = numbers
  .filter(x => x % 2 === 0)
  .map(x => x * x);

このコードは、偶数を選択してそれを二乗するという意図を明確に表現しており、ループや中間配列を明示的に管理する必要がない。

3. クロージャはJavaScriptにおける強力な関数型技法を可能にする

クロージャとは、定義されたスコープ内の外部バインディング（つまり、自分自身の引数ではない）を後で使用するためにキャプチャする関数のことを指す。

カプセル化と状態。 クロージャを使用すると、関数が外部スコープの変数を「記憶」し、そのスコープが終了した後でもアクセスできる。これにより：

• プライベートな状態: 特定の関数を通じてのみアクセス可能な変数を作成する
• 関数ファクトリ: パラメータに基づいて特化した関数を生成する
• 部分適用: 既存の関数の一部の引数を固定して新しい関数を作成する

プライベートな状態を維持するクロージャの例：

function counter() {
  let count = 0;
  return function() {
    return ++count;
  };
}

const increment = counter();
increment(); // 1
increment(); // 2

count変数は直接アクセスできないが、返された関数はそれにアクセスして変更することができる。

4. 関数の合成はシンプルな部分から複雑な動作を構築することを可能にする

関数型プログラミングは、プログラムを分解し、同じ部分から再構築することに関するものであり、関数の境界の背後に抽象化されている。

複雑さの構築。 関数の合成は、2つ以上の関数を組み合わせて新しい関数を作成するプロセスである。これにより：

• シンプルで再利用可能な部分から複雑な動作を作成する
• 複雑な操作を分解してコードの可読性を向上させる
• 小さな機能単位を分離してテストすることで保守性を向上させる

合成はさまざまな方法で達成できる：

• 手動での合成: const f = x => h(g(x))
• ユーティリティ関数: const compose = (f, g) => x => f(g(x))
• RamdaやLodash/FPのようなライブラリ

データ処理パイプラインを合成して構築する例：

const processData = compose(
  summarize,
  filterOutliers,
  normalize,
  parseInput
);

これにより、データ処理のステップを実装の詳細に煩わされることなく明確に表現できる。

5. 純粋関数と不変性はより予測可能なコードをもたらす

純粋関数でプログラミングすることは非常に制限されているように見えるかもしれない。[...] しかし、状態の変更に対してリバタリアン的な見方をすると、実際には合成の可能性を制限し、任意のステートメントの効果を推論する能力を複雑にし、コードのテストを困難にしている。

予測可能性とテストの容易さ。 純粋関数は、与えられた入力に対して常に同じ出力を生成し、副作用がない。このことと不変データを組み合わせることで：

• コードの動作を簡単に推論できる
• テストとデバッグが容易になる
• 安全な並列化とメモ化が可能になる

純粋性と不変性を維持するための戦略：

• 変更すべきでない変数にはconstを使用する
• 既存のオブジェクトや配列を変更するのではなく、新しいものを作成する
• 効率的な不変データ構造のためにImmutable.jsのようなライブラリを使用する

純粋関数の例：

function addToCart(cart, item) {
  return [...cart, item];
}

この関数は元のカートを変更せず、変更を追跡しやすくし、動作を予測しやすくする。

6. 再帰は関数型プログラミングにおいてループの代替手段を提供する

再帰を使用すると、状態は関数の引数を通じて管理され、変更は次の再帰呼び出しの引数を通じてモデル化される。

エレガントな解決策。 再帰は、階層的または反復的な構造を含む問題に対して、よりエレガントで簡潔な解決策をもたらすことが多い。利点には：

• 一部のアルゴリズム（例：木の走査）の自然な表現
• ループに関連する可変状態の回避
• コンパイラの最適化（末尾呼び出し最適化）の可能性

ただし、JavaScriptではほとんどの環境で末尾呼び出し最適化がないため、スタックオーバーフローのリスクに注意する必要がある。これを軽減するための技法には：

• トランポリン: 再帰呼び出しをサンクでラップする
• 継続渡しスタイル: コールスタックを明示的に管理する

ネストされた配列をフラット化する再帰関数の例：

function flatten(arr) {
  return arr.reduce((flat, next) => 
    flat.concat(Array.isArray(next) ? flatten(next) : next), 
  []);
}

7. 関数型プログラミングはデータフローと変換パイプラインを促進する

パイプラインは純粋であるべき—データはそれを通過させることで損なわれることはない。

明確なデータ変換。 関数型プログラミングは、データが一連の変換を通じて流れるという考え方を奨励する。このアプローチは：

• データ処理のステップを明確に示すことでコードの可読性を向上させる
• 関心の分離により保守性を向上させる
• 並列化と最適化を促進する

パイプラインを構築するための技法：

• メソッドチェーン（例：lodashを使用）
• 純粋関数の合成
• 非同期データストリームのためのRxJSのような専門ライブラリ

データ処理パイプラインの例：

const processOrders = pipe(
  fetchOrders,
  filterValidOrders,
  calculateTotals,
  generateReport
);

これにより、実装の詳細に煩わされることなく、注文処理のステップを明確に示すことができる。

8. ミックスインベースのデザインはオブジェクトの合成に対する関数型アプローチを提供する

シンプルなデータが最良である。特殊なデータ型は、特別であるべきだ。

柔軟な合成。 ミックスインは、古典的な継承に頼ることなくオブジェクトの動作を合成する方法を提供する。このアプローチは：

• より柔軟でモジュール化されたコード設計を可能にする
• 深い継承階層に関連する問題を回避する
• 関数型のオブジェクト指向プログラミングスタイルを促進する

JavaScriptでミックスインを実装する：

• Object.assign()を使用してメソッドをオブジェクトプロトタイプにコピーする
• ミックスインを適用するファクトリ関数を作成するために高階関数を使用する

ミックスインを使用してオブジェクトを作成する例：

const withLogging = (obj) => ({
  ...obj,
  log: (msg) => console.log(`[${obj.name}]: ${msg}`)
});

const withValidator = (obj) => ({
  ...obj,
  validate: () => { /* validation logic */ }
});

const createUser = (name) => 
  withValidator(withLogging({ name, data: {} }));

このアプローチにより、堅固なクラス階層なしでオブジェクトの動作を柔軟に合成することができる。

Last updated: September 6, 2024