利用 CoffeeScript 和 Node 进行函数式 JavaScript 编程

CoffeeScript 是一种相对较新的语言，为开发人员提供了不再有 JavaScript 缺陷的令人期待的方案。利用 CoffeeScript，开发人员即可使用一种轻量级、直观的语言完成编码工作，这种语言就像是 Ruby 和 Python 的混合体。对于兼容浏览器的 Web 应用程序，CoffeeScript 将编译为 JavaScript；对于服务器端应用程序来说，它还能与 Node.js 无缝地协同工作。本文的核心是使用 CoffeeScript 的第三项收益，也就是处理 JavaScript 的函数 方面的功能。CoffeeScript 拥有整洁、现代化的语法，释放了 JavaScript 库中潜藏的函数式编程世界。

主流编程语言中的函数式编程

尽管没有任何一种主流编程语言（例如 Java™ 语言、C++ 和 C#）明确作为函数式编程语言，但这些语言中的附加库和框架实现了各种级别的函数式编程。更重要的是，像 Clojure、F# 和 Erlang 这样的语言日益趋向主流，因为函数式编程所产生的 bug 更少，而且能提高复杂应用程序的生产力。

与 JavaScript 相似，函数式编程同样非常有用，但也是一段时间非常不受欢迎。JavaScript 最初被视为一种玩具式的语言，而函数式编程则因超高的复杂度而闻名。但随着对高度并发式应用程序的需求增加，人们急需找到一种替代方法来取代现有编程风格。事实证明，函数式编程并不存在传闻中的不必要的复杂性，它是一款出色的工具，能够整理某些类型的应用程序中固有的复杂性。

在这篇文章中，我们将探讨如何利用名为 Underscore 的 JavaScript 库在 CoffeeScript 和 Node 中进行函数式脚本编程。将这三项技术结合，就会构成一种强大的技术体系，使您能利用 JavaScript，开发出运用函数式编程的服务器端和基于浏览器的应用程序。

请注意，这篇文章是在我之前的两篇文章 “Java 开发 2.0：面向 Java 开发人员的 JavaScript” 和 “面向 Java 开发人员的 Node.js” 的基础之上编写的。我假设您的开发环境中包含 Node.js，而且您已经熟悉了 Node 中的基本编程。

设置 CoffeeScript 和 Node

如果您的开发环境中已经安装了 Node.js，那么您可以直接使用它的包管理器 (NPM) 来安装 CoffeeScript。以下命令将告知 NPM 在全局安装包：

 $> npm install -g coffee-script 

使用 CoffeeScript 时，您的大部分时间将花费在编写程序、将其保存为 .coffee 文件、然后将结果编译为 JavaScript 方面。CoffeeScript 的语法与 JavaScript 语法极为接近，因此大多数开发人员都能轻松上手；举例来说，清单 1 中的 CoffeeScript 脚本与 JavaScript 极其相似，只是没有 JavaScript 中常见的那种混乱的括号和分号：

清单 1. 典型的 CoffeeScript

				
 $> coffee -bpe "console.log 'hello coffee'"    console.log('hello coffee'); 

coffee 命令是执行某些管理任务的捷径。它能够将 CoffeeScript 文件编译为 JavaScript、运行 CoffeeScript 文件，甚至可以作为一种交互式环境或者 REPL（类似于 Ruby 的 irb）。

下面，我将我的脚本存到一个文件中：

 console.log "hello coffee" 

随后我将这个文件编译（或转换）为 JavaScript：

 $> coffee -c hello.coffee 

结果获得了一个名为 hello.js 的文件。由于所得到的 JavaScript 脚本对于 Node 同样有效，因此我可以直接在我的 Node 环境中运行它：

清单 2. 在 Node 中运行 JavaScript

				
 $> node hello.js  hello coffee! 

此外，我还可以使用 coffee 命令来运行原始的 .coffee 文件，如清单 3 所示：

清单 3. 在 Node 中运行 CoffeeScript

				
 $> coffee hello.coffee  hello coffee! 

注意观察监控器工具 - watchr

开放源码社区制作了大量便捷的文件监控器实用工具，能够完成运行测试、编译代码等任务。这些工具通常是通过命令行工作的，属于极为轻量级的工具。我们将配置监控器工具，用它来监控我们的开发环境中的所有 .coffee 文件，并在保存时将其编译为 .js 文件。

在实现这个目标时，我喜欢使用的实用工具是 watchr，这是一个 Ruby 库。为了使用 watchr，您的开发环境中需要安装 Ruby 和RubyGems。在安装完成之后，即可运行以下命令，将 watchr 安装为全局 Ruby 库（包括相应的实用工具）：

 $> gem install watchr 

在 watchr 中，您使用正则表达式定义要监视的文件，以及应该对其执行的操作。以下命令将 watchr 配置为编译在 src 目录中找到的全部 .coffee 文件：

 watch('src\/.*\.coffee') {|match| system "coffee --compile --output js/ src/"} 

请注意，本例中的 coffee 命令会将所得到的 .js 文件置于一个 js 目录内。

我可以在一个终端窗口中触发这项操作，例如：

 $> watchr project.watchr 

现在，只要我对 src 目录中的任何 .coffee 文件作出修改，watchr 都能确保创建一个新的 .js 文件，并将其放置在我的 js 目录中。

 

CoffeeScript 概览

CoffeeScript 引入了多种极有价值的特性，因此使用起来比 JavaScript 更容易。CoffeeScript 大体上消除了使用花括号、分号和 var关键字、function 关键字的需要。实际上，我最喜爱的 CoffeeScript 特性之一就是它的函数 定义，如清单 4 所示：

清单 4. CoffeeScript 函数非常简单！

				
 capitalize = (word) -> 
  word.charAt(0).toUpperCase() + word.slice 1

console.log capitalize "andy" //prints Andy

这里，我在 CoffeeScript 中声明了一个简单的函数，将某个词的首字母大写。在 CoffeeScript 中，函数定义的语法紧接一个箭头之后。主体部分也是使用空格分隔的，因此 CoffeeScript 没有花括号。另外还要注意这里没有使用圆括号。CoffeeScript 的 word.slice 1 将编译为 JavaScript 的 word.slice(1)。同样，请注意函数的主题部分也是使用空格分隔的：函数定义行下的所有代码均缩排。下方未缩排的 console.log 表示方法的定义已完整。（CoffeeScript 的这两项特性分别借鉴自 Ruby 和 Python。）

您可能希望了解对应的 JavaScript 函数是怎样的，清单 5 就给出了对应的 JavaScript 代码：

清单 5. 即便是 JavaScript 的单行代码也是非常复杂的

				
 
var capitalize = function(word) {
  return word.charAt(0).toUpperCase() + word.slice(1);
};

console.log(capitalize("andy"));

变量

CoffeeScript 能自动在您定义的任何变量之前添加 JavaScript 形式的 var。因此，在 CoffeeScript 中编写代码时，您不需要牢记var。（JavaScript 中的 var 关键字是可选的。如果没有这个关键字，您的变量将成为全局变量，而这种做法在绝大多数情况下都是不合理的做法。）

CoffeeScript 还允许您为参数定义默认值，如清单 6 所示：

清单 6. 默认参数值！

				
 
greeting = (recipient = "world") -> 
  "Hello #{recipient}"

console.log greeting "Andy" //prints Hello Andy
console.log greeting()      //prints Hello world

清单 7 展示了对应的 JavaScript 脚本对这种默认参数值的处理方法：

清单 7. 杂乱的 JavaScript

				
 var greeting;

greeting = function(recipient) {
 if (recipient == null) recipient = "world";
 return "Hello " + recipient;
};

条件

CoffeeScript 可通过引入 and、or 和 not 等关键字处理条件，如清单 8 所示：

清单 8. CoffeeScript 条件

				
 capitalize = (word) -> 
	if word? and typeof(word) is 'string'
		word.charAt(0).toUpperCase() + word.slice 1
	else
		word

console.log capitalize "andy"   //prints Andy
console.log capitalize null     //prints null
console.log capitalize 2        //prints 2
console.log capitalize "betty"  //prints Betty

在清单 8 中，我利用了 ? 操作符来测试条件的存在与否。在尝试将一个词的首字母转为大写之前，这段脚本将确保参数 word 不是null，同时保证它确属 string 类型。CoffeeScript 的出色之处在于允许您使用 is 来取代 ==。

函数式编程的类定义

JavaScript 并不直接支持类；它是一种面向原型的语言。对于那些仍然沉浸在面向对象编程中的人来说，这可能让人感到迷惑不解 — 我们想要自己的类！为了满足这种要求，CoffeeScript 提供了一种 class 语法，在编译为标准 JavaScript 时，能获得函数内定义的一系列函数。

在清单 9 中，我使用 class 关键字定义了一个名为 Message 的类：

清单 9. CoffeeScript 确实支持类

				
 
class Message
	constructor: (@to, @from, @message) ->
	
	asJSON:  ->
		JSON.stringify({to: @to, from: @from, message: @message})

mess = new Message "Andy", "Joe", "Go to the party!"
console.log mess.asJSON()

在 清单 9 中，我使用 constructor 关键字定义了一个构造函数。随后，我输入了一个名称，后接一个函数，我用这种方式定义了一个方法 (asJSON)。

 

CoffeeScript 与 Node

CoffeeScript 脚本将编译为 JavaScript 脚本，因此 CoffeeScript 是在 Node 中进行编程的理想选择，在简化 Node 原本已经非常整洁的代码方面也是非常有帮助的。CoffeeScript 极其擅长简化 Node 的多种回调，通过一个简单的代码对比即可看出这一点。在清单 10 中，我使用纯 JavaScript 方法定义了一个简单的 Node Web 应用程序：

清单 10. 使用 JavaScript 编写的一个 Node.js web 应用程序

				
var express = require('express');

var app = express.createServer(express.logger());

app.put('/', function(req, res) {
  res.send(JSON.stringify({ status: "success" }));
});

var port = process.env.PORT || 3000;

app.listen(port, function() {
  console.log("Listening on " + port);
});

在 CoffeeScript 中重新编写相同的 Web 应用程序，消除 Node 回调的复杂语法，如清单 11 所示：

清单 11. CoffeeScript 简化了 Node.js

				
 
express = require 'express'

app = express.createServer express.logger()

app.put '/', (req, res) ->
  res.send JSON.stringify { status: "success" }

port = process.env.PORT or 3000

app.listen port, ->
  console.log "Listening on " + port

在 清单 11 中，我添加了一个 or 操作符，取代了 JavaScript ||。此外，我还发现，使用箭头来表示 app.listen 中的匿名函数比直接键入 function() 更容易。

CoffeeScript 就像日常语言

现在，您很可能已经认识到，CoffeeScript 倾向于使用抽象符号的日常英语表述形式。在 CoffeeScript 中，我们不是键入 !==，而是可以使用更加直观的 isnt；同样，===也变为了 is。

如果您对这个文件执行 coffee -c，那么就会看到 CoffeeScript 生成了与 清单 10 所示几乎完全相同的 JavaScript 脚本。CoffeeScript 中 100% 有效的 JavaScript 脚本可以配合任何 JavaScript 库一起使用。

 

通过 Underscore 实现函数式集合

作为 JavaScript 编程的函数式实用工具，Underscore.js 是一个能够简化 JavaScript 开发的函数库。除了其他功能之外，Underscore 还提供了一组丰富的面向集合的函数，非常适合处理特殊任务。

举例来说，假设您需要找到一个数字集合内的所有奇数，该数字集合包含从 0 到 10（不含 10）的数字。尽管您能解决这个问题，但结合使用 CoffeeScript 和 Underscore 能使您节约大量键入时间，或许还能减少一些 bug。在清单 12 中，我提供了基本算法，而 Underscore 提供了聚合函数，即本例中的 filter：

清单 12. Underscore 的 filter 函数

				
 _ = require 'underscore'

numbers = _.range(10)

odds = _(numbers).filter (x) -> 
	x % 2 isnt 0

console.log odds

首先，由于 _（也就是 underscore）是一个有效的变量名，因此我将其设置为引用 Underscore 库。接下来，我将一个匿名函数附加到了测试奇数的 filter 函数。请注意，我使用了 CoffeeScript isnt 关键字，而非 JavaScript 的 !== 关键字。随后我使用 range 函数指定我希望排序数字 0 至 9，此外，我还为我的范围指定了一个步进计数（即按 2 计数），并从任何数字开始。

filter 函数返回一个数组，这是传递给该函数的数组经过过滤之后的版本，在本例中，返回的数组是 [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]。因此运行 清单 12 中的代码将得到 [ 1, 3, 5, 7, 9 ]。

map 函数是另外一个我最常应用于 JavaScript 中的集合的函数，如清单 13 所示：

清单 13. Underscore 的 map 函数

				
 oneUp = _(numbers).map (x) ->
	x + 1
	
console.log oneUp

在这里，输出结果应该是 [ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ]。通常，Underscore 会将 numbers 范围内的各值递增 1，因此我不必手动遍历每一个整数。

如果您需要测试一个集合的多个方面，Underscore 能帮助您简化一切！只需创建一个类似于清单 14 所示的函数即可，这个函数用于测试偶数：

清单 14. Underscore 的 even 函数

				
 even = (x) ->
	x % 2 is 0
	
console.log _(numbers).all(even)
console.log _(numbers).any(even)

定义了 even 函数之后，即可轻松将其连接到 Underscore 函数，如 all 和 any。在本例中，all 将我的 even 函数应用到 numbers 范围中的每一个值。随后返回一个布尔值，指示是否所有 值均为偶数 (false)。类似地，如果有任何 值是偶数 (true)，则 any 函数将返回布尔值 true。

利用 Underscore 完成更多任务

本文仅能简单介绍 Underscore 的部分概况。Underscore 的其他特点还包括函数绑定、JavaScript 模板编写和深度相等性的测试。（请参见 参考资料 部分。）

如果您不需要对一个值集合应用任何此类函数，而是需要执行其他一些操作，那么又该怎样做？完全没有问题！利用 Underscore 的 each 函数即可。each 函数作为一个易用的迭代器（也就是说，它能处理场景背后的循环逻辑，在每次迭代时传入指定的函数）。如果您使用过 Ruby 或者 Groovy，那么应该对这种函数感到非常熟悉。

清单 15. Underscore 的 each 函数

				
 
_.each numbers, (x) ->
	console.log(x)

在清单 15 中，each 函数获取一个集合（我的 numbers 范围）和一个需要应用于迭代数组中各值的函数。在本例中，我使用 each 将当前迭代的值输出到控制台。对于我来说，需要做的事情就像将数据保存到数据、将结果返回给用户那样简单。

 

结束语

CoffeeScript 给 JavaScript 编程注入了新鲜感，也简化了 JavaScript 编程，因此任何用户都能够轻松上手，尤其是熟悉 Ruby 或 Python 的用户。在本文中，我展示了 CoffeeScript 如何通过借鉴这些语言，使 JavaScript 风格的代码更易于阅读，同时还能显著加快编写过程。正如我所演示的那样，将 CoffeeScript、Node 与 Underscore 相结合，即可得到超轻量级的有趣开发堆栈 (development stack)，该堆栈适用于基本函数式编程场景。经过一段时间的练习，您就可以将本文所学知识作为基础，深入研究依靠动态 Web 和移动交互的更为复杂的业务应用程序。