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Mergulhando em Programação Funcional

Tentando mais uma vez falar sobre programação funcional, trazendo uma introdução detalhada dos conceitos mais importantes e fazendo um mergulho em conceitos de forma explicativa.

Assim como programação orientada a objetos, programação funcional é um paradigma que visa resolver os problemas utilizando uma forma mais orientada a funções e composição ao invés de classes e heranças.

Conceitos principais

Programação funcional faz o uso de funções puras, composições de função, tratando as funções como uma função de primeira ordem. É importante ter em mente alguns conceitos antes de começar a ter um desafio utilizando programação funcional.

Nesse tópico iremos abordar sobre

  • Imutabilidade
  • Funções puras
  • Funções de primeira ordem
  • Funções de alta ordem
  • Recursão
  • Composição

Imutabilidade

Talvez esse seja o princípio mais importante de programação funcional. Como o próprio nome sugere, imutabilidade visa a não alteração de variáveis durante o ciclo de vida numa função, evitando efeitos colaterais. Para garantir a imutabilidade, é importante utilizar funções que não alteram o estado das variáveis de entrada ou globais do sistema e sim calcular os valores com base na entrada e retornar novos valores.

Funções puras

Como dito acima em imutabilidade, as funções não devem ter efeitos colaterais, ou seja, para uma entrada X, sempre deve haver uma saída Y e não gerar nenhuma mutação em valores que não foram criados no escopo da função

Funções de primeira ordem

É importante que você pense em funções como variáveis quaisquer, onde você pode passar uma função como parâmetros de outras funções, talvez esse conceito seja conhecido por você como callback. Simplificando, funções podem ser entradas de outras funções.

Funções de alta ordem

O nome do conceito ser parecido com o nome do conceito anterior talvez não seja coincidência, já que esse conceito remete ao retorno de funções ao invés da entrada. Funções também podem ser retornadas em outras funções, fazendo uma cadeia de funções.

Recursão

<img src="/recursive-meme.png" className="w-full block min-w-full" alt="Meme recursão" />

De forma bem simplificada, recursão é a habilidade de uma função chamar ela mesmo, podendo substituir laços de repetição. Além dos laços, você pode reexecutar a função sempre que precisar atender a uma determinada execução e parar a recursão com uma condição de saída. A condição de saída é o ponto mais importante na recursão, caso você esqueça, você poderá causar uma execução infinita ou até tomar erros de Stack Overflow

Composição

Composição ao invés de herança

Essa é uma frase famosa para explicar o motivo de compor funções é melhor que herança, devido ao seu controle no fluxo e facilidade na implementação. A composição de função pode ser entendida pela notação f(g(x)). Porém, ao escrever um código, talvez isso não seja a coisa mais legível do mundo, então para isso temos algumas técnicas que nos facilitam na hora de compor funções

Hora da prática

Agora que a teoria já foi apresentada, vamos observar alguns conceitos na prática, na prática. Aqui vamos sempre lembrar que os conceitos de imutabilidade e funções puras serão sempre aplicadas, dado que são conceitos raíz

Recursão

Um problema clássico para se resolver utilizando recursão é a sequência de Fibonacci. Você pode brincar com a implementação no playground

const fibonacci = (n: number): number =>
    n <= 1 ? n : fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);

console.log(fibonacci(3));

Como foi comentado anteriormente, é sempre importante ter uma condição de saída para evitar a recursão infinita

Funções de primeira ordem

Não foi comentado anteriormente, mas possivelmente você faz bastante o uso desse conceito no seu dia-a-dia. Funções como map, forEach, filter e reduce são um dos exemplos mais conhecidos desse conceito. Podemos observar em:

// utilizando map
const upper = (list: number[]) => list.map(x => x.toUpperCase());

// utilizando reducez1x
const sum = (list: number[]) => list.reduce((acc, el) => acc + el, 0);

Conceitos de programação

Pipe

De forma resumida, este conceito consiste em ser uma função agregadora de funções. Onde a saída de uma função é a entrada de outra. Por meio desse conceito é possível concatenar funções através de seu resultado, tendo assim uma pipeline de funções. Visualmente você pode entender melhor

função(argumentos) 
	-> função2(retornoFunção1)
	-> função3(retornoFunção2)
	-> retornoFunção3

Podemos ver melhor uma comparação utilizando Typescript entre uma função com pipe e uma função sem o pipe

// implementação sem pipe
const parseName = (name: string) =>
    formatBrazilianNames(capitalize(normalize(name)))


// implementação com pipe
const parseName = pipe(normalize, capitalize, formatBrazilianNames);

Para entender um pouco melhor o que nossa função pipe representa, vamos duas implementações:

  1. implementação não tipada, apenas para entender o conceito
  2. utilitário totalmente tipado, facilitando o uso do conceito e melhoria na identificação de bugs

Pipe não tipado

type Fn = (...a: any[]) => any;

const pipe = (first: A, ...fns: Fn[]) =>
    fns.reduce(
        (f: Fn, g: Fn) =>
            (...args: unknown[]) =>
                g(f(...args)), (...args: unknown[]) => a(...args));
  1. Fn: é um tipo que utilizaremos para garantir que temos apenas funções
  2. const pipe: aqui na criação da nossa função pipe, é exigido uma função e fazemos um spread de outras N funções para concatenar
  3. fns.reduce: utilizamos o reduce para agregar as funções, fazendo com que a entrada de g seja a saída de f(...args)
  4. O segundo parâmetro do nosso reduce é o inicializador, sendo esse uma função que recebe quaisquer argumentos e passa esses valores para a função first

Pipe tipado

Esta implementação não será detalhada no artigo devido à complexidade da tipagem, mas é possível conferir a explicação no artigo pipe-type

import {L, N} from "ts-toolbelt";

type Fn = (...a: any[]) => any;

type PipeArgs<Fns extends readonly Fn[], Func extends Fn, Acc extends readonly Fn[] = [], C extends number = 0> = Fns["length"] extends C
    ? Acc
    : PipeArgs<Fns, Fns[C], L.Merge<Acc, [(p: ReturnType<Func>) => ReturnType<Fns[C]>]>, N.Add<C, 1>>;

type PipeReturn<First extends Fn, Last extends Fn> = (...params: Parameters<First>) => ReturnType<Last>;

export const pipe = <A extends Fn, T extends readonly Fn[]>(a: A, ...fns: PipeArgs<T, A>): PipeReturn<A, L.Last<T>> =>
    (fns as Fn[]).reduce(
        (f: Fn, g: Fn) =>
            (...args: unknown[]) =>
                g(f(...args)), (...args: unknown[]) => a(...args));

const add = (a: number, b: number) => a + b;
const multiplyByTwo = (a: number) => a * 2;

const itsMath = pipe(add, multiplyByTwo);
const r = itsMath(5, 2)
console.log(r); // 14

Either

Em linguagens como Javascript, Java, C#, Python existem as Exceptions, formas de fazer o controle de erro lançando os erros para cima e fazendo com que a função de cima na hierarquia deva tratar as exceções. Caso não seja tratada, as exceções vão subindo até elas explodirem e quebrem o seu programa com o erro não tratado.

Além desse problema, temos algumas dificuldades para tratar esses erros através de try/catch. Para tratar de uma maneira alternativa, temos o Either.

Basicamente o Either é um "empacotador" onde existem dois valores, left e right. O valor left representa os casos de erro, já o valor right os casos de sucesso. Podemos ver uma implementação do Either.

export namespace Either {
    export type Left<E> = { error: E; success?: undefined };

    export type Right<S> = { error?: undefined; success: S };

    type Either<L, R> = Left<L> | Right<R>;

    export type Create<L, R> = Either<L, R>;

    class EitherNoValueError extends Error {
        public constructor() {
            super();
            this.message = "EitherError";
        }
    }

    const create = <E, S>(error: E, success: S) => {
        if (error !== undefined) {
            return {error, success: undefined};
        }
        if (success !== undefined) {
            return {success, error: undefined};
        }
        throw new EitherNoValueError();
    };

    export const isLeft = <E, S>(e: Either<E, S>): e is Left<E> => e.error !== undefined;

    export const isRight = <E, S>(e: Either<E, S>): e is Right<S> => e.success !== undefined;

    export const left = <E extends unknown>(e: E): Left<E> => create<E, undefined>(e, undefined) as Left<E>;

    export const right = <S extends unknown>(s: S): Right<S> => create<undefined, S>(undefined, s) as Right<S>;
}

Esta implementação não é totalmente fiel ao conceito original — foi simplificada para facilitar a compreensão e apresentar o uso de Type Assertion.

Agora um pequeno exercício para aprender o Either. Primeiro vamos um request GET HTTP para exemplificar o uso de utilitários que utilizarão o Either.

type ResponseError = {
    status: number;
    message: string;
    body: unknown;
};

type ResponseSuccess<T extends unknown = unknown> = {
    body: T;
    headers: Headers;
};

export namespace Request {

    const get = async <T>(url: string, body?: unknown):
        Promise<Either.Create<ResponseError, ResponseSuccess<T>>> => {
        try {
            const response = await fetch(url, {body: JSON.stringify(body), method: "GET"});
            if (!response.ok) {
                const body = await response.json();
                return Either.error({status: response.status, message: "Error", body});
            }
            const body = await response.json();
            return Either.success({body, headers: response.headers});
        } catch (e) {
            // esse trycatch aqui é para tratar Network error
            // em casos de falta de conexão com a internet
            return Either.error({status: 0, body: null, message: "Network error"})
        }
    }
}

Agora que temos o nosso utilitário com Either, podemos aplicar em um código para observar a aplicação real do conceito.

namespace Users {
    type User = {
        id: string;
        name: string;
    };

    export const getAll = async () => {
        const response = await Response.get<Users[]>("/api/users");
        if (Either.isError(response)) {
            return [];
        }
        const users = response.right.body;
        return users;
    }
}

Com o Either, nossa função fica totalmente segura em tempo de execução, sem nenhuma Exception sendo lançada, sem nenhum fluxo de quebra. Apenas um código com um objeto que possui um formato de erro (left) e outro objeto com o formato de sucesso (right). Pode não parecer um grande ganho no primeiro momento, mas evitar as exceptions em tempo de execução vai trazer muito mais predição para o seu código.

Conclusão

Com tudo o que foi apresentado, fica mais claro como absorver e aplicar os conceitos. Não é necessário adotar o paradigma funcional por completo — é possível utilizá-lo seletivamente para aprimorar os hábitos de programação.

Obrigado pelo seu tempo, tamo junto e até a próxima

Allan Garcez — Senior Frontend Engineer Blog