如何写出小而清晰的函数

本文以 JavaScript 为例，介绍了该如何优化函数，使函数清晰易读，且更加高效稳定。

软件的复杂度一直在持续增长。代码质量对于保证应用的可靠性、易扩展性非常重要。

然而，几乎每一个开发者，包括我自己，在职业生涯中都见过低质量的代码。这东西就是个坑。低质量代码具备以下极具杀伤力的特点：

函数超级长，而且塞满了各种乱七八糟的功能。

函数通常有一些副作用，不仅难以理解，甚至根本没法调试。

含糊的函数、变量命名。

脆弱的代码：一个小的变更，就有可能出乎意料的破坏其他应用组件。

代码覆盖率缺失。

它们听起来基本都是： “我根本没法理解这段代码是如何工作的”，“这段代码就是一堆乱麻”，“要修改这一段代码实在太难了” 等等。

我就曾遇到过这样的情况，我的一个同事由于无法继续将一个基于Ruby 的 REST API 做下去，继而离职。这个项目是他从之前的开发团队接手的。

修复现有的 bug ，然后引入了新的 bug，添加新的特性，就增加了一连串新 bug，如此循环（所谓的脆弱代码）。客户不希望以更好的设计重构整个应用，开发人员也做出明智的选择——维持现状。

好吧，这种事儿经常发生，而且挺糟糕的。那我们能做点什么呢？

首先，需要谨记于心：只是让应用运转起来，和尽心保证代码质量是两个完全不同的事。一方面，你需要实现产品需求。但是另一方面，你应该花点时间，确保函数功能简单、使用易读的变量和函数命名，避免函数的副作用等等。

函数（包括对象方法）是让应用运转起来的齿轮。首先你应当将注意力集中在他们的结构和整体布局上。这篇文章包括了一些非常好的示例，展示如何编写清晰、易于理解和测试的函数。

1. 函数应当很小，非常小

避免使用包含大量的功能的大函数，应当将其功能分割为若干较小的函数。大的黑盒函数难于理解、修改，特别是很难测试。

假设这样一个场景，需要实现一个函数，用于计算 array、map 或 普通 JavaScript 对象的权重。总权重可通过计算各成员权重获得：

null 或者 未定义变量计 1 点。

基本类型计 2 点。

对象或函数计 4 点。

例如，数组 [null, ‘Hello World’, {}] 的权重这样计算：1（null） + 2（string 是基本类型） + 4（对象） = 7。

Step 0: 最初的大函数

我们从最糟的实例开始。所有的逻辑都被编码在函数 getCollectionWeight() 中:

function getCollectionWeight(collection) {  

  letcollectionValues;

  if (collectioninstanceof Array) {

    collectionValues = collection;

  } else if (collectioninstanceof Map) {

    collectionValues = [...collection.values()];

  } else {

    collectionValues = Object.keys(collection).map(function (key) {

      return collection[key];

    });

  }

  return collectionValues.reduce(function(sum, item) {

    if (item == null) {

      return sum + 1;

    }

    if (typeof item === 'object' || typeof item === 'function') {

      return sum + 4;

    }

    return sum + 2;

  }, 0);

}

letmyArray = [null, { }, 15];  

letmyMap = new Map([ ['functionKey', function() {}] ]);  

letmyObject = { 'stringKey': 'Hello world' };  

getCollectionWeight(myArray);  // => 7 (1 + 4 + 2)   getCollectionWeight(myMap);    // => 4   getCollectionWeight(myObject); // => 2

问题显而易见，getCollectionWeight() 函数超级长，而且看起来像一个装满“意外”的黑盒子。可能你也发现了，第一眼根本就搞不明白它要干什么。再试想一下，应用里有大把这样的函数。

在工作中遇到这样的代码，就是在浪费你的时间和精力。反之，高质量的代码不会令人不适。高质量代码中，那些精巧、自文档极好的函数非常易于阅读和理解。

Step 1：根据类型计算权重，抛弃那些“迷之数字”。

现在，我们的目标是：把这个巨型函数，拆分为较小的、独立的、可重用的一组函数。第一步，将根据类型计算权重的代码提取出来。这个新的函数命名为 getWeight()。

我们再看看这几个“迷之数字”: 1, 2, 4。在不知道整个故事背景的前提下，仅靠这几个数字提供不了任何有用的信息。幸好 ES2015 允许定义静态只读引用，那你就能简单的创造几个常量，用有意义的名称，替换掉那几个“迷之数字”。（我特别喜欢“迷之数字”这个说法：D）

我们来新建一个较小的函数 getWeightByType()，并用它来改进 getCollectionWeight()：

// Code extracted into getWeightByType() function getWeightByType(value) {  

  const WEIGHT_NULL_UNDEFINED  = 1;

  const WEIGHT_PRIMITIVE      = 2;

  const WEIGHT_OBJECT_FUNCTION = 4;

  if (value == null) {

    return WEIGHT_NULL_UNDEFINED;

  }

  if (typeof value === 'object' || typeof value === 'function') {

    return WEIGHT_OBJECT_FUNCTION;

  }

  return WEIGHT_PRIMITIVE;

} function getCollectionWeight(collection) {  

  letcollectionValues;

  if (collectioninstanceof Array) {

    collectionValues = collection;

  } else if (collectioninstanceof Map) {

    collectionValues = [...collection.values()];

  } else {

    collectionValues = Object.keys(collection).map(function (key) {

      return collection[key];

    });

  }

  return collectionValues.reduce(function(sum, item) {

    return sum + getWeightByType(item);

  }, 0);

}

letmyArray = [null, { }, 15];  

letmyMap = new Map([ ['functionKey', function() {}] ]);  

letmyObject = { 'stringKey': 'Hello world' };  

getCollectionWeight(myArray);  // => 7 (1 + 4 + 2)   getCollectionWeight(myMap);    // => 4   getCollectionWeight(myObject); // => 2

看起来好多了，对吧？ getWeightByType() 函数是一个独立的组件，仅仅用于决定各类型的权重值。而且它是可复用的，你可以在其他任何函数中使用它。

getCollectionWeight() 稍微瘦了点身。

WEIGHT_NULL_UNDEFINED , WEIGHT_PRIMITIVE 还有 WEIGHT_OBJECT_FUNCTION 都是具备自文档能力的常量，通过它们的名字就可以看出各类型的权重。你就不需要猜测 1、2、4 这些数字的意义。

Step 2: 继续切分，使之具备扩展性

然而，这个升级版依然有不足的地方。假如你打算对一个 Set，甚至其他用户自定义集合来实现权值计算。getCollectionWeight() 会快速膨胀，因为它包含了一组获得权值的具体逻辑。

让我们将获得 maps 权重的代码提取到 getMapValues() ，将获得基本 JavaScript 对象权值的代码则放到 getPlainObjectValues() 中。看看改进后的版本吧。

function getWeightByType(value) {  

  const WEIGHT_NULL_UNDEFINED = 1;

  const WEIGHT_PRIMITIVE = 2;

  const WEIGHT_OBJECT_FUNCTION = 4;

  if (value == null) {

    return WEIGHT_NULL_UNDEFINED;

  }

  if (typeof value === 'object' || typeof value === 'function') {

    return WEIGHT_OBJECT_FUNCTION;

  }

  return WEIGHT_PRIMITIVE;

} // Code extracted into getMapValues() function getMapValues(map) {  

  return [...map.values()];

} // Code extracted into getPlainObjectValues() function getPlainObjectValues(object) {  

  return Object.keys(object).map(function (key) {

    return object[key];

  });

} function getCollectionWeight(collection) {  

  letcollectionValues;

  if (collectioninstanceof Array) {

    collectionValues = collection;

  } else if (collectioninstanceof Map) {

    collectionValues = getMapValues(collection);

  } else {

    collectionValues = getPlainObjectValues(collection);

  }

  return collectionValues.reduce(function(sum, item) {

    return sum + getWeightByType(item);

  }, 0);

}

letmyArray = [null, { }, 15];  

letmyMap = new Map([ ['functionKey', function() {}] ]);  

letmyObject = { 'stringKey': 'Hello world' };  

getCollectionWeight(myArray);  // => 7 (1 + 4 + 2)   getCollectionWeight(myMap);    // => 4   getCollectionWeight(myObject); // => 2

现在再来看 getCollectionWeight() 函数，你会发现已经比较容易明白它的机理，看起来就像一段有趣的故事。

每一个函数的简单明了。你不需要花费时间去挖掘代码，理解代码的工作。这就是清新版代码该有的样子。

Step 3: 优化永无止境

就算到了现在这种程度，依然有很大优化的空间！

你可以创建一个独立的函数 getCollectionValues() ，使用 if/else 语句区分集合中的类型：

function getCollectionValues(collection) {  

  if (collectioninstanceof Array) {

    return collection;

  }

  if (collectioninstanceof Map) {

    return getMapValues(collection);

  }

  return getPlainObjectValues(collection);

}

那么， getCollectionWeight() 应该会变得异常纯粹，因为它唯一的工作：用 getCollectionValues() 获得集合中的值，然后依次调用求和累加器。

你也可以创建一个独立的累加器函数：

function reduceWeightSum(sum, item) {  

  return sum + getWeightByType(item);

}

理想情况下 getCollectionWeight() 函数中不应该定义函数。

最后，最初的巨型函数，已经被转换为如下一组小函数：

function getWeightByType(value) {  

  const WEIGHT_NULL_UNDEFINED = 1;

  const WEIGHT_PRIMITIVE = 2;

  const WEIGHT_OBJECT_FUNCTION = 4;

  if (value == null) {

    return WEIGHT_NULL_UNDEFINED;

  }

  if (typeof value === 'object' || typeof value === 'function') {

    return WEIGHT_OBJECT_FUNCTION;

  }

  return WEIGHT_PRIMITIVE;

} function getMapValues(map) {  

  return [...map.values()];

} function getPlainObjectValues(object) {  

  return Object.keys(object).map(function (key) {

    return object[key];

  });

} function getCollectionValues(collection) {  

  if (collectioninstanceof Array) {

    return collection;

  }

  if (collectioninstanceof Map) {

    return getMapValues(collection);

  }

  return getPlainObjectValues(collection);

} function reduceWeightSum(sum, item) {  

  return sum + getWeightByType(item);

} function getCollectionWeight(collection) {  

  return getCollectionValues(collection).reduce(reduceWeightSum, 0);

}

letmyArray = [null, { }, 15];  

letmyMap = new Map([ ['functionKey', function() {}] ]);  

letmyObject = { 'stringKey': 'Hello world' };  

getCollectionWeight(myArray);  // => 7 (1 + 4 + 2)   getCollectionWeight(myMap);    // => 4   getCollectionWeight(myObject); // => 2

这就是编写简单精美函数的艺术！

除了这些代码质量上的优化之外，你也得到不少其他的好处：

通过代码自文档，getCollectionWeight() 函数的可读性得到很大提升。

getCollectionWeight() 函数的长度大幅减少。

如果你打算计算其他类型的权重值，getCollectionWeight() 的代码不会再剧烈膨胀了。

这些拆分出来的函数都是低耦合、高可复用的组件，你的同事可能希望将他们导入其他项目中，而你可以轻而易举的实现这个要求。

当函数偶发错误的时候，调用栈会更加详细，因为栈中包含函数的名称，甚至你可以立马发现出错的函数。

这些小函数更简单、易测试，可以达到很高的代码覆盖率。与其穷尽各种场景来测试一个大函数，你可以进行结构化测试，分别测试每一个小函数。

你可以参照 CommonJS 或 ES2015 模块格式，将拆分出的函数创建为独立的模块。这将使得你的项目文件更轻、更结构化。

这些建议可以帮助你，战胜应用的复杂性。

原则上，你的函数不应当超过 20 行——越小越好。

现在，我觉得你可能会问我这样的问题：“我可不想将每一行代码都写为函数。有没有什么准则，告诉我何时应当停止拆分？”。这就是接下来的议题了。

2. 函数应当是简单的

让我们稍微放松一下，思考下应用的定义到底是什么？

每一个应用都需要实现一系列需求。开发人员的准则在于，将这些需求拆分为一些列较小的可执行组件（命名空间、类、函数、代码块等），分别完成指定的工作。

一个组件又由其他更小的组件构成。如果你希望编写一个组件，你只能从抽象层中低一级的组件中，选取需要的组件用于创建自己的组件。

换言之，你需要将一个函数分解为若干较小的步骤，并且保证这些步骤都在抽象上，处于同一级别，而且只向下抽象一级。这非常重要，因为这将使得函数变得简单，做到“做且只做好一件事”。

为什么这是必要的？因为简单的函数非常清晰。清晰就意味着易于理解和修改。

我们来举个例子。假设你需要实现一个函数，使数组仅保留 素数 （2, 3, 5, 7, 11 等等），移除非素数（1, 4, 6, 8 等等）。函数的调用方式如下：

getOnlyPrime([2, 3, 4, 5, 6, 8, 11]); // => [2, 3, 5, 11]

如何用低一级抽象的若干步骤实现 getOnlyPrime() 函数呢？我们这样做：

为了实现 getOnlyPrime() 函数, 我们用 isPrime() 函数来过滤数组中的数字。

非常简单，只需要对数字数组执行一个过滤函数 isPrime() 即可。

你需要在当前抽象层实现 isPrime() 的细节吗？不，因为 getOnlyPrime() 函数会在不同的抽象层实现一些列步骤。否则，getOnlyPrime() 会包含过多的功能。

在头脑中谨记简单函数的理念，我们来实现 getOnlyPrime() 函数的函数体：

function getOnlyPrime(numbers) {  

  return numbers.filter(isPrime);

}

getOnlyPrime([2, 3, 4, 5, 6, 8, 11]); // => [2, 3, 5, 11]

如你所见， getOnlyPrime() 非常简单，它仅仅包含低一级抽象层的步骤：数组的 .filter() 方法和 isPrime() 函数。

现在该进入下一级抽象。

数组的 .filter() 方法由 JavaScript 引擎提供，我们直接使用即可。当然，标准已经 准确描述 了它的行为。

现在你可以深入如何实现 isPrime() 的细节中了：

为了实现 isPrime() 函数检查一个数字 n 是否为素数，只需要检查 2 到 Math.sqrt(n) 之间的所有整数是否均不能整除n。

有了这个算法（不算高效，但是为了简单起见，就用这个吧），我们来为 isPrime() 函数编码：

function isPrime(number) {  

  if (number === 3 || number === 2) {

    return true;

  }

  if (number === 1) {

    return false;

  }

  for (letdivisor = 2; divisor <= Math.sqrt(number); divisor++) {

    if (number % divisor === 0) {

      return false;

    }

  }

  return true;

} function getOnlyPrime(numbers) {  

  return numbers.filter(isPrime);

}

getOnlyPrime([2, 3, 4, 5, 6, 8, 11]); // => [2, 3, 5, 11]

getOnlyPrime() 很小也很清晰。它只从更低一级抽象中获得必要的一组步骤。

只要你按照这些规则，将函数变的简洁清晰，复杂函数的可读性将得到很大提升。将代码进行精确的抽象分级，可以避免出现大块的、难以维护的代码。

3. 使用简练的函数名称

函数名称应该非常简练：长短适中。理想情况下，名称应当清楚的概括函数的功用，而不需要读者深入了解函数的实现细节。

对于使用 骆驼风格 的函数名称，以小写字母开始：  addItem()， saveToStore() 或者  getFirstName() 之类。

由于函数都是某种操作，因此名称中至少应当包含一个动词。例如 deletePage()， verifyCredentials() 。需要 get 或 set 属性的时候，请使用 标准的  set 和 get 前缀： getLastName() 或  setLastName() 。

避免在生产代码中出现有误导性的名称，例如 foo()， bar()， a()， fun() 等等。这样的名称没有任何意义。

如果函数都短小清晰，命名简练：代码读起来就会像诗一样迷人。

4. 总结

当然了，这里假定的例子都非常简单。现实中的代码更加复杂。你可能要抱怨，编写清晰的函数，只在抽象上一级一级下降，实在太没劲了。但是如果从项目一开始就开始你的实践，就远没有想象中复杂。

如果应用中已经存在一些功能繁杂的函数，希望对它们进行重构，你可能会发现困难重重。而且在很多情况下，在合理的时间内是不可能完成的。但千里之行始于足下：在力所能及的前提下，先拆分一部分出来。

当然，最正确的解决方案应该是，从项目一开始就以正确的方式实现应用。除了花一些时间在实现上，也应该花一些精力在组建合理的函数结构上：如我们所建议的——让它们保持短小、清晰。

ES2015 实现了一个非常棒的模块系统，它明确建议，小函数是优秀的工程实践。

记住，干净、组织良好的代码通常 需要投入大量时间 。你会发现这做起来有难度。可能需要很多尝试，可能会迭代、修改一个函数很多次。

然而，没有什么比乱麻一样的代码更让人痛心的了，那么这一切都是值得的！

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