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在JavaScript中用匿名函数(箭头函数)写出递归的方法
前言
今天看 Mozilla 出品的 ES6 In Depth ,看到 Arrow functions(中文翻译)，其中一段让人讶异。
Using arrows to pierce the dark heart of computer science
「使用箭头来刺穿计算机的黑暗心脏」
里面提到λ (lambda)表达式、阿隆佐·邱奇（Alonzo Church）、阿兰·图灵（Alan Turing），这些耳熟能详的名词原来与我们写 JavaScript 的人这么近，这激发了我极大的探索兴趣。
最后搜索到刘未鹏2006年的一篇文章《康托尔、哥德尔、图灵——永恒的金色对角线(rev#2)》，奇妙的从 ES2015 延伸到了计算机的起源以及现代数学史的开端。
我看到了它，却不敢相信它。——康托尔
计算机是数学家一次失败思考的产物。——无名氏
原来我们轻易写下的每一个匿名函数，里面都蕴涵简单而又玄妙的数学原理。
原来用匿名函数实现的递归，动用了如此深刻的数学法则。
希望每个前端工程师都能认真阅读刘未鹏的文章，理解 Y Combinator 的 JavaScript 实现，对这门正在越变越好的语言抱以更多的敬畏之情，写起 ES2015 来或许有更好的编程体验。
注：本文部分代码将用 ES2015 编写，要跑起来可能得先用Babel编译为 ES5。
正文
我们用递归的方式实现阶乘函数，并且从朴素思路出发，最后一步步抵达Y Combinator。
首先，用最简单的命名函数递归方式，如下：
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function factorial ( n ) { return n < 2 ? 1 : n * factorial ( n – 1 ) } factorial ( 3 ) // => 6 |
第二种方式，用变量缓存匿名函数的值：
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let fact = n = > n < 2 ? 1 : n * fact ( n – 1 ) fact ( 4 ) // => 24 |
看，我们用匿名函数实现了递归，全剧终……
不，那只是 JS 引擎给我们的语法糖。实际上，所谓的「用 lambda 表达式写出递归」，不能在 lambda 定义完成之前直接引用自身。我们做如下假设：
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1 |
let fact = n = > n < 2 ? 1 : n * fact ( n – 1 ) //抛出错误： lambda 表达式引用错误 |
在这个基础上，继续探索我们的话题。
如果 lambda 表达式不能直接在函数体内显示引用自身，那么我们就得隐式地调用自身；因为我们不是用循环来模拟递归，我们就是要让 lambda 表达式反复执行一段相同代码。
其中一个策略是，将 lambda 表达式作为参数之一传入其自身。（函数也是值）
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//并不直接引用自身，引用 self 函数，调用时将自己传入即可 let fact = ( self , n ) = > n < 2 ? 1 : n * self ( self , n – 1 ) //调用时，将自身作为第一个参数传入 fact ( fact , 5 ) // => 120 |
OK,我们现在的确实现了具有递归效果的 lambda 表达式，但是，太难看了。没有人希望自己的阶乘函数有多余的参数，我们的目标是，fact(n)。
为了达到参数纯净化目的，我们可以包裹一层工厂函数，封装肮脏的冗余传参行为。
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//并不直接引用自身，引用 self 函数，调用时将自己传入即可 let fact = ( self , n ) = > n < 2 ? 1 : n * self ( self , n – 1 ) //柯里化工厂函数，砍掉第一个参数 let factory = f = > n = > f ( f , n ) //改造 fact fact = factory ( fact ) //参数纯净化 fact ( 6 ) // => 720 |
虽然现在我们达到了在调用时参数纯净化的目标，但仍有些不美。定义 fact 时，我们还在 self(self, n - 1)， 方式不够直观，我们期望能用下面的方式代替。
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//定义时就工厂化，生产出阶乘函数 let factory = self = > n = > n < 2 ? 1 : n * self ( n – 1 ) |
在函数被定义之后，我们才拿到其引用；也就是说，不可能在生产/创建一个函数时，把它自己传参进去。也就是说，对于上面的工厂函数 factory 而言，self === factory(self)永远不可能为真。不过，没关系。我们有软件工程里的黄金定律：
任何问题都可以通过增加一个间接层来解决。
既然无法让一个阶乘函数反复调用自身，那就让 factory 在需要时反复生产出虽然不是同一个，但效果等价的、新的阶乘函数。我们设想有以下特征的 Y 函数：
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//定义时就工厂化，生产出阶乘函数 let factory = self = > n = > n < 2 ? 1 : n * self ( n – 1 ) //暂时不管 Y 函数的内部实现，假定它能够返回正确的阶乘函数。 let fact = Y ( factory ) fact ( 6 ) // => 720 |
在知道Y函数的功能与行为后，我们再根据已知条件，把它构造出来。
首先，Y 函数一定返回阶乘函数，那么它的可能形式如下，
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let Y = factory = > { //Y 返回一个函数，其参数为 n，返回值为 n 的阶乘 return n = > { //求阶乘 } } |
其次，Y 一定调用了 factory 函数两次以上
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let Y = factory = > { let magic // 魔术函数，可以从 factory 中取出阶乘函数 return n = > factory ( magic ( factory ) ) ( n ) } |
magic 函数从 factory 取出新的阶乘函数，作为参数又传入 factory，这样创建出来的阶乘函数，里面的 self 就是另一个阶乘函数。
到这里，我们只需要探究 magic 应该是什么代码形式。
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let Y = factory = > { //从 magic 的调用方式来看，它接受 factory 作为参数，返回一个新的阶乘函数 let magic = factory = > n = > factory ( magic ( factory ) ) ( n ) return n = > factory ( magic ( factory ) ) ( n ) } |
可惜，上面复用 magic 函数，也只是语法糖，我们不能在 magic 定义完成前显式引用它。
诶？
那么就再增加中间层，隐式引用呗。说做就做。
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let Y = factory = > { //就像之前做过的那样，把自己作为参数传入自己 let magic = ( self , factory ) = > n = > factory ( self ( self , factory ) ) ( n ) return n = > factory ( magic ( magic , factory ) ) ( n ) } //定义时就工厂化，生产出阶乘函数 let factory = self = > n = > n < 2 ? 1 : n * self ( n – 1 ) //测试我们构造出来的 Y 函数 let fact = Y ( factory ) fact ( 7 ) // => 5040 |
惊！！，我们竟然成功了。虽然我们不知道 magic 魔术函数为什么是那样，但是，我们把它构造了出来。
同时，我们注意到，magic 的 factory 参数，好像没有存在的必要了，因为作用域内只存在唯一一个factory。
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let Y = factory = > { //砍掉多余的 factory 参数 let magic = self = > n = > factory ( self ( self ) ) ( n ) return n = > factory ( magic ( magic ) ) ( n ) } //定义时就工厂化，生产出阶乘函数 let factory = self = > n = > n < 2 ? 1 : n * self ( n – 1 ) //测试我们构造出来的 Y 函数 let fact = Y ( factory ) console . log ( fact ( 8 ) ) // => 40320 |
神奇。magic 魔术函数果然很魔术，在外部 magic(magic) 自己调用自己， 在内部self(self)，就实现了递归？
同时，我们又注意到一点，n => factory(magic(magic))(n)的形式跟n => factory(self(self))(n) 似乎一模一样，仅仅是 magic 跟 self 名字不同。
嗯？前者不就是把 magic 自身作为参数传递进自身的返回函数吗？
magic(magic) 是把自己传参进去，那么self === magic。
原来 self(self) 自调用的函数，就是magic自身。
于是，我们得到：
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let Y = factory = > { //砍掉多余的 factory 参数 let magic = self = > n = > factory ( self ( self ) ) ( n ) //返回阶乘函数 return magic ( magic ) } //定义时就工厂化，生产出阶乘函数 let factory = self = > n = > n < 2 ? 1 : n * self ( n – 1 ) //测试我们构造出来的 Y 函数 let fact = Y ( factory ) console . log ( fact ( 9 ) ) // => 362880 |
看到最终的产物，让人惊呆了。这是什么黑魔法？
仔细一看，原来它就是 lambda 演算的 JavaScript 实现
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// λ演算的写法 fix = λ f . (λ x . f (λ v . x ( x ) ( v ) ) ) (λ x . f (λ v . x ( x ) ( v ) ) ) // ES6的写法 const fix = f = > ( x = > f ( v = > x ( x ) ( v ) ) ) ( x = > f ( v = > x ( x ) ( v ) ) ) ; |
它不仅适用于阶乘函数的递归处理，任意递归工厂函数经过Y函数后，都能得到真正的递归函数。
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let count = Y ( self = > x = > { console . log ( x ++ ) ; x < 100 && self ( x ) } ) count ( 0 ) // 输出0 ~ 99 |
尾声
在这篇文章中，我们有意识地用到的特性只有一个：
函数也是值，可以作为参数传递
我们利用它，让一个函数自己调用自己，然后不断美化美化、简化简化，竟然就构造出了Y Combinator。
然而：
- 从
函数也是值，可传参中，反推出Y Combinator，不代表你有多厉害 - 只是站在巨人的肩膀上
- 背下
函数也是值，可传参的定律，却不知道背后的原理就是λ演算 - 就像还没学到微积分的高中生自己开创了微积分初步
- 自比牛顿太幼稚，微积分原理与应用衍化成耳熟能详的说辞围绕着你
- 没有这些弱启发，买菜还在数指头
- 数学多美妙
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