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阮一峰 · 更新于 2018-11-28 11:00:43

函数的扩展

函数参数的默认值

在 ES6 之前,不能直接为函数的参数指定默认值,只能采用变通的方法。

function log(x, y) {
  y = y || 'World';
  console.log(x, y);
}

log('Hello') // Hello World
log('Hello', 'China') // Hello China
log('Hello', '') // Hello World

上面代码检查函数 log 的参数y有没有赋值,如果没有,则指定默认值为 World。这种写法的缺点在于,如果参数y赋值了,但是对应的布尔值为 false,则该赋值不起作用。就像上面代码的最后一行,参数 y 等于空字符,结果被改为默认值。

为了避免这个问题,通常需要先判断一下参数 y 是否被赋值,如果没有,再等于默认值。这有两种写法。

// 写法一
if (typeof y === 'undefined') {
  y = 'World';
}

// 写法二
if (arguments.length === 1) {
  y = 'World';
}

ES6 允许为函数的参数设置默认值,即直接写在参数定义的后面。


function log(x, y = 'World') {
  console.log(x, y);
}

log('Hello') // Hello World
log('Hello', 'China') // Hello China
log('Hello', '') // Hello

可以看到,ES6 的写法比 ES5 简洁许多,而且非常自然。下面是另一个例子。


function Point(x = 0, y = 0) {
  this.x = x;
  this.y = y;
}

var p = new Point();
// p = { x:0, y:0 }

除了简洁,ES6 的写法还有两个好处:首先,阅读代码的人,可以立刻意识到哪些参数是可以省略的,不用查看函数体或文档;其次,有利于将来的代码优化,即使未来的版本彻底拿到这个参数,也不会导致以前的代码无法运行。

默认值的写法非常灵活,下面是一个为对象属性设置默认值的例子。


fetch(url, { body = '', method = 'GET', headers = {} }){
  console.log(method);
}

上面代码中,传入函数 fetch 的第二个参数是一个对象,调用的时候可以为它的三个属性设置默认值。

甚至还可以设置双重默认值。


fetch(url, { method = 'GET' } = {}){
  console.log(method);
}

上面代码中,调用函数 fetch 时,如果不含第二个参数,则默认值为一个空对象;如果包含第二个参数,则它的 method 属性默认值为 GET。

定义了默认值的参数,必须是函数的尾部参数,其后不能再有其他无默认值的参数。这是因为有了默认值以后,该参数可以省略,只有位于尾部,才可能判断出到底省略了哪些参数。


// 以下两种写法都是错的

function f(x = 5, y) {
}

function f(x, y = 5, z) {
}

如果传入 undefined,将触发该参数等于默认值,null 则没有这个效果。


function foo(x = 5, y = 6){
  console.log(x,y);
}

foo(undefined, null)
// 5 null

上面代码中,x 参数对应 undefined,结果触发了默认值,y 参数等于 null,就没有触发默认值。

指定了默认值以后,函数的 length 属性,将返回没有指定默认值的参数个数。也就是说,指定了默认值后,length 属性将失真。


(function(a){}).length // 1
(function(a = 5){}).length // 0
(function(a, b, c = 5){}).length // 2

上面代码中,length 属性的返回值,等于函数的参数个数减去指定了默认值的参数个数。

利用参数默认值,可以指定某一个参数不得省略,如果省略就抛出一个错误。


function throwIfMissing() {
  throw new Error('Missing parameter');
}

function foo(mustBeProvided = throwIfMissing()) {
  return mustBeProvided;
}

foo()
// Error: Missing parameter

上面代码的 foo 函数,如果调用的时候没有参数,就会调用默认值 throwIfMissing 函数,从而抛出一个错误。

从上面代码还可以看到,参数 mustBeProvided 的默认值等于 throwIfMissing 函数的运行结果(即函数名之后有一对圆括号),这表明参数的默认值不是在定义时执行,而是在运行时执行(即如果参数已经赋值,默认值中的函数就不会运行),这与 python 语言不一样。

另一个需要注意的地方是,参数默认值所处的作用域,不是全局作用域,而是函数作用域。


var x = 1;

function foo(x, y = x) {
  console.log(y);
}

foo(2) // 2

上面代码中,参数 y 的默认值等于 x,由于处在函数作用域,所以 x 等于参数 x,而不是全局变量 x。

参数变量是默认声明的,所以不能用 let 或 const 再次声明。


function foo(x = 5) {
  let x = 1; // error
  const x = 2; // error
}

上面代码中,参数变量 x 是默认声明的,在函数体中,不能用 let 或 const 再次声明,否则会报错。

参数默认值可以与解构赋值,联合起来使用。


function foo({x, y = 5}) {
  console.log(x, y);
}

foo({}) // undefined, 5
foo({x: 1}) // 1, 5
foo({x: 1, y: 2}) // 1, 2

上面代码中,foo 函数的参数是一个对象,变量 x 和 y 用于解构赋值,y 有默认值 5。

rest参数

ES6 引入 rest 参数(形式为“...变量名”),用于获取函数的多余参数,这样就不需要使用 arguments 对象了。rest 参数搭配的变量是一个数组,该变量将多余的参数放入数组中。


function add(...values) {
   let sum = 0;

   for (var val of values) {
      sum += val;
   }

   return sum;
}

add(2, 5, 3) // 10

上面代码的 add 函数是一个求和函数,利用 rest 参数,可以向该函数传入任意数目的参数。

下面是一个 rest 参数代替 arguments 变量的例子。

// arguments变量的写法
const sortNumbers = () =>
  Array.prototype.slice.call(arguments).sort();

// rest参数的写法
const sortNumbers = (...numbers) => numbers.sort();

上面代码的两种写法,比较后可以发现,rest 参数的写法更自然也更简洁。

rest 参数中的变量代表一个数组,所以数组特有的方法都可以用于这个变量。下面是一个利用 rest 参数改写数组 push 方法的例子。


function push(array, ...items) {
  items.forEach(function(item) {
    array.push(item);
    console.log(item);
  });
}

var a = [];
push(a, 1, 2, 3)

注意,rest 参数之后不能再有其他参数(即只能是最后一个参数),否则会报错。


// 报错
function f(a, ...b, c) {
  // ...
}

函数的 length 属性,不包括 rest 参数。


(function(a) {}).length  // 1
(function(...a) {}).length  // 0
(function(a, ...b) {}).length  // 1

扩展运算符

扩展运算符(spread)是三个点(...)。它好比 rest 参数的逆运算,将一个数组转为用逗号分隔的参数序列。该运算符主要用于函数调用。

function push(array, ...items) {
  array.push(...items);
}

function add(x, y) {
  return x + y;
}

var numbers = [4, 38];
add(...numbers) // 42

上面代码中,array.push(...items)add(...numbers)这两行,都是函数的调用,它们的都使用了扩展运算符。该运算符将一个数组,变为参数序列。

下面是 Date 函数的参数使用扩展运算符的例子。

const date = new Date(...[2015, 1, 1]);

由于扩展运算符可以展开数组,所以不再需要 apply 方法,将数组转为函数的参数了。

// ES5的写法
function f (x, y, z){}
var args = [0, 1, 2];
f.apply(null, args);

// ES6的写法
function f (x, y, z){}
var args = [0, 1, 2];
f(...args);

扩展运算符与正常的函数参数可以结合使用,非常灵活。

function f(v, w, x, y, z) { }
var args = [0, 1];
f(-1, ...args, 2, ...[3]);

下面是扩展运算符取代 apply 方法的一个实际的例子,应用 Math.max 方法,简化求出一个数组最大元素的写法。

// ES5的写法
Math.max.apply(null, [14, 3, 77])

// ES6的写法
Math.max(...[14, 3, 77])

// 等同于
Math.max(14, 3, 77);

上面代码表示,由于 JavaScript 不提供求数组最大元素的函数,所以只能套用 Math.max 函数,将数组转为一个参数序列,然后求最大值。有了扩展运算符以后,就可以直接用 Math.max 了。

另一个例子是通过 push 函数,将一个数组添加到另一个数组的尾部。

// ES5的写法
var arr1 = [0, 1, 2];
var arr2 = [3, 4, 5];
Array.prototype.push.apply(arr1, arr2);

// ES6的写法
var arr1 = [0, 1, 2];
var arr2 = [3, 4, 5];
arr1.push(...arr2);

上面代码的 ES5 写法中,push 方法的参数不能是数组,所以只好通过 apply 方法变通使用 push 方法。有了扩展运算符,就可以直接将数组传入 push 方法。

扩展运算符还可以用于数组的赋值。


var a = [1];
var b = [2, 3, 4];
var c = [6, 7];
var d = [0, ...a, ...b, 5, ...c];

d
// [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]

上面代码其实也提供了,将一个数组拷贝进另一个数组的便捷方法。

扩展运算符也可以与解构赋值结合起来,用于生成数组。


const [first, ...rest] = [1, 2, 3, 4, 5];
first // 1
rest  // [2, 3, 4, 5]

const [first, ...rest] = [];
first // undefined
rest  // []:

const [first, ...rest] = ["foo"];
first  // "foo"
rest   // []

const [first, ...rest] = ["foo", "bar"];
first // "foo"
rest  // ["bar"]

const [first, ...rest] = ["foo", "bar", "baz"];
first // "foo"
rest  // ["bar","baz"]

如果将扩展运算符用于数组赋值,只能放在参数的最后一位,否则会报错。

const [...butLast, last] = [1, 2, 3, 4, 5];
// 报错

const [first, ...middle, last] = [1, 2, 3, 4, 5];
// 报错

JavaScript 的函数只能返回一个值,如果需要返回多个值,只能返回数组或对象。扩展运算符提供了解决这个问题的一种变通方法。

var dateFields = readDateFields(database);
var d = new Date(...dateFields);

上面代码从数据库取出一行数据,通过扩展运算符,直接将其传入构造函数 Date。

扩展运算符还可以将字符串转为真正的数组。

[..."hello"]
// [ "h", "e", "l", "l", "o" ]

任何类似数组的对象,都可以用扩展运算符转为真正的数组。

var nodeList = document.querySelectorAll('div');
var array = [...nodeList];

上面代码中,querySelectorAll 方法返回的是一个 nodeList 对象,扩展运算符可以将其转为真正的数组。

扩展运算符内部调用的是数据结构的 Iterator 接口,因此只要具有 Iterator 接口的对象,都可以使用扩展运算符,比如 Map 结构。

let map = new Map([
  [1, 'one'],
  [2, 'two'],
  [3, 'three'],
]);

let arr = [...map.keys()]; // [1, 2, 3]

Generator 函数运行后,返回一个遍历器对象,因此也可以使用扩展运算符。


var go = function*(){
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
};

[...go()] // [1, 2, 3]

上面代码中,变量 go 是一个 Generator 函数,执行后返回的是一个遍历器,对这个遍历器执行扩展运算符,就会将内部遍历得到的值,转为一个数组。

箭头函数

ES6 允许使用“箭头”(=>)定义函数。

var f = v => v;

上面的箭头函数等同于:

var f = function(v) {
    return v;
};

如果箭头函数不需要参数或需要多个参数,就使用一个圆括号代表参数部分。

var f = () => 5;
// 等同于
var f = function (){ return 5 };

var sum = (num1, num2) => num1 + num2;
// 等同于
var sum = function(num1, num2) {
    return num1 + num2;
};

如果箭头函数的代码块部分多于一条语句,就要使用大括号将它们括起来,并且使用return语句返回。

var sum = (num1, num2) => { return num1 + num2; }

由于大括号被解释为代码块,所以如果箭头函数直接返回一个对象,必须在对象外面加上括号。

var getTempItem = id => ({ id: id, name: "Temp" });

箭头函数可以与变量解构结合使用。

const full = ({ first, last }) => first + ' ' + last;

// 等同于
function full( person ){
  return person.first + ‘ ‘ + person.name;
}

箭头函数使得表达更加简洁。

const isEven = n => n % 2 == 0;
const square = n => n * n;

上面代码只用了两行,就定义了两个简单的工具函数。如果不用箭头函数,可能就要占用多行,而且还不如现在这样写醒目。

箭头函数的一个用处是简化回调函数。

// 正常函数写法
[1,2,3].map(function (x) {
  return x * x;
});

// 箭头函数写法
[1,2,3].map(x => x * x);

另一个例子是

// 正常函数写法
var result = values.sort(function(a, b) {
    return a - b;
});

// 箭头函数写法
var result = values.sort((a, b) => a - b);

下面是 rest 参数与箭头函数结合的例子。

const numbers = (...nums) => nums;

numbers(1, 2, 3, 4, 5)
// [1,2,3,4,5]

const headAndTail = (head, ...tail) => [head, tail];

headAndTail(1, 2, 3, 4, 5)
// [1,[2,3,4,5]]

箭头函数有几个使用注意点。

  • 函数体内的 this 对象,绑定定义时所在的对象,而不是使用时所在的对象。
  • 不可以当作构造函数,也就是说,不可以使用 new 命令,否则会抛出一个错误。
  • 不可以使用 arguments 对象,该对象在函数体内不存在。

上面三点中,第一点尤其值得注意。this 对象的指向是可变的,但是在箭头函数中,它是固定的。下面的代码是一个例子,将 this 对象绑定定义时所在的对象。

var handler = {
  id: "123456",

  init: function() {
    document.addEventListener("click",
      event => this.doSomething(event.type), false);
  },

  doSomething: function(type) {
    console.log("Handling " + type  + " for " + this.id);
  }
};

上面代码的 init 方法中,使用了箭头函数,这导致 this 绑定 handler 对象,否则回调函数运行时,this.doSomething 这一行会报错,因为此时 this 指向全局对象。

由于 this 在箭头函数中被绑定,所以不能用 call()、apply()、bind()这些方法去改变 this 的指向。

长期以来,JavaScript 语言的 this 对象一直是一个令人头痛的问题,在对象方法中使用 this,必须非常小心。箭头函数绑定 this,很大程度上解决了这个困扰。

箭头函数内部,还可以再使用箭头函数。下面是一个 ES5 语法的多重嵌套函数。

function insert(value) {
  return {into: function (array) {
    return {after: function (afterValue) {
      array.splice(array.indexOf(afterValue) + 1, 0, value);
      return array;
    }};
  }};
}

insert(2).into([1, 3]).after(1); //[1, 2, 3]

上面这个函数,可以使用箭头函数改写。

let insert = (value) => ({into: (array) => ({after: (afterValue) => {
  array.splice(array.indexOf(afterValue) + 1, 0, value);
  return array;
}})});

insert(2).into([1, 3]).after(1); //[1, 2, 3]

下面是一个部署管道机制(pipeline)的例子,即前一个函数的输出是后一个函数的输入。

const pipeline = (...funcs) =>
  val => funcs.reduce((a, b) => b(a), val);

const plus1 = a => a + 1;
const mult2 = a => a * 2;
const addThenMult = pipeline(plus1, mult2);

addThenMult(5)
// 12

如果觉得上面的写法可读性比较差,也可以采用下面的写法。

const plus1 = a => a + 1;
const mult2 = a => a * 2;

mult2(plus1(5))
// 12

函数绑定

箭头函数可以绑定 this 对象,大大减少了显式绑定 this 对象的写法(call、apply、bind)。但是,箭头函数并不适用于所有场合,所以 ES7 提出了“函数绑定”(function bind)运算符,用来取代 call、apply、bind 调用。虽然该语法还是 ES7 的一个提案,但是 Babel 转码器已经支持。

函数绑定运算符是并排的两个双引号(::),双引号左边是一个对象,右边是一个函数。该运算符会自动将左边的对象,作为上下文环境(即 this 对象),绑定到右边的函数上面。

let log = ::console.log;
// 等同于
var log = console.log.bind(console);

foo::bar;
// 等同于
bar.call(foo);

foo::bar(...arguments);
i// 等同于
bar.apply(foo, arguments);

箭头函数还有一个功能,就是可以很方便地改写 λ 微积分。

// λ微积分的写法
fix = λf.(λx.f(λv.x(x)(v)))(λx.f(λv.x(x)(v)))

// ES6的写法
var fix = f => (x => f(v => x(x)(v)))
               (x => f(v => x(x)(v)));

上面两种写法,几乎是一一对应的。由于 λ 微积分对于计算机科学非常重要,这使得我们可以用ES6作为替代工具,探索计算机科学。

尾调用优化

什么是尾调用?

尾调用(Tail Call)是函数式编程的一个重要概念,本身非常简单,一句话就能说清楚,就是指某个函数的最后一步是调用另一个函数。

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

上面代码中,函数 f 的最后一步是调用函数 g,这就叫尾调用。

以下两种情况,都不属于尾调用。

// 情况一
function f(x){
  let y = g(x);
  return y;
}

// 情况二
function f(x){
  return g(x) + 1;
}

上面代码中,情况一是调用函数 g 之后,还有别的操作,所以不属于尾调用,即使语义完全一样。情况二也属于调用后还有操作,即使写在一行内。

尾调用不一定出现在函数尾部,只要是最后一步操作即可。

function f(x) {
  if (x > 0) {
    return m(x)
  }
  return n(x);
}

上面代码中,函数 m 和 n 都属于尾调用,因为它们都是函数 f 的最后一步操作。

尾调用优化

尾调用之所以与其他调用不同,就在于它的特殊的调用位置。

我们知道,函数调用会在内存形成一个“调用记录”,又称“调用帧”(call frame),保存调用位置和内部变量等信息。如果在函数 A 的内部调用函数 B,那么在 A 的调用帧上方,还会形成一个 B 的调用帧。等到 B 运行结束,将结果返回到 A,B 的调用帧才会消失。如果函数B内部还调用函数C,那就还有一个 C 的调用帧,以此类推。所有的调用帧,就形成一个“调用栈”(call stack)。

尾调用由于是函数的最后一步操作,所以不需要保留外层函数的调用帧,因为调用位置、内部变量等信息都不会再用到了,只要直接用内层函数的调用帧,取代外层函数的调用帧就可以了。

function f() {
  let m = 1;
  let n = 2;
  return g(m + n);
}
f();

// 等同于
function f() {
  return g(3);
}
f();

// 等同于
g(3);

上面代码中,如果函数 g 不是尾调用,函数 f 就需要保存内部变量 m 和 n 的值、g 的调用位置等信息。但由于调用 g 之后,函数f就结束了,所以执行到最后一步,完全可以删除 f(x) 的调用帧,只保留 g(3) 的调用帧。

这就叫做“尾调用优化”(Tail call optimization),即只保留内层函数的调用帧。如果所有函数都是尾调用,那么完全可以做到每次执行时,调用帧只有一项,这将大大节省内存。这就是“尾调用优化”的意义。

尾递归

函数调用自身,称为递归。如果尾调用自身,就称为尾递归。

递归非常耗费内存,因为需要同时保存成千上百个调用帧,很容易发生“栈溢出”错误(stack overflow)。但对于尾递归来说,由于只存在一个调用帧,所以永远不会发生“栈溢出”错误。

function factorial(n) {
  if (n === 1) return 1;
  return n * factorial(n - 1);
}

factorial(5) // 120

上面代码是一个阶乘函数,计算 n 的阶乘,最多需要保存 n 个调用记录,复杂度 O(n) 。

如果改写成尾递归,只保留一个调用记录,复杂度 O(1) 。

function factorial(n, total) {
  if (n === 1) return total;
  return factorial(n - 1, n * total);
}

factorial(5, 1) // 120

由此可见,“尾调用优化”对递归操作意义重大,所以一些函数式编程语言将其写入了语言规格。ES6 也是如此,第一次明确规定,所有 ECMAScript 的实现,都必须部署“尾调用优化”。这就是说,在 ES6 中,只要使用尾递归,就不会发生栈溢出,相对节省内存。

递归函数的改写

尾递归的实现,往往需要改写递归函数,确保最后一步只调用自身。做到这一点的方法,就是把所有用到的内部变量改写成函数的参数。比如上面的例子,阶乘函数 factorial 需要用到一个中间变量 total ,那就把这个中间变量改写成函数的参数。这样做的缺点就是不太直观,第一眼很难看出来,为什么计算 5 的阶乘,需要传入两个参数 5 和 1?

两个方法可以解决这个问题。方法一是在尾递归函数之外,再提供一个正常形式的函数。

function tailFactorial(n, total) {
  if (n === 1) return total;
  return tailFactorial(n - 1, n * total);
}

function factorial(n) {
  return tailFactorial(n, 1);
}

factorial(5) // 120

上面代码通过一个正常形式的阶乘函数 factorial ,调用尾递归函数 tailFactorial ,看起来就正常多了。

函数式编程有一个概念,叫做柯里化(currying),意思是将多参数的函数转换成单参数的形式。这里也可以使用柯里化。


function currying(fn, n) {
  return function (m) {
    return fn.call(this, m, n);
  };
}

function tailFactorial(n, total) {
  if (n === 1) return total;
  return tailFactorial(n - 1, n * total);
}

const factorial = currying(tailFactorial, 1);

factorial(5) // 120

上面代码通过柯里化,将尾递归函数 tailFactorial 变为只接受 1 个参数的 factorial 。

第二种方法就简单多了,就是采用 ES6 的函数默认值。

function factorial(n, total = 1) {
  if (n === 1) return total;
  return factorial(n - 1, n * total);
}

factorial(5) // 120

上面代码中,参数 total 有默认值 1,所以调用时不用提供这个值。

总结一下,递归本质上是一种循环操作。纯粹的函数式编程语言没有循环操作命令,所有的循环都用递归实现,这就是为什么尾递归对这些语言极其重要。对于其他支持“尾调用优化”的语言(比如 Lua,ES6),只需要知道循环可以用递归代替,而一旦使用递归,就最好使用尾递归。

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