使用函数式编程语言 ELM 开发游戏

我将会写一系列关于使用elm做游戏开发的文章，这是第一篇。这是一种即时编译成html和javascript的语言，因此你可以直接部署到web或在nw.js上将其打包，创建一个独立的app或者游戏。它没有太多的教程，但是很多东西我们必须学习我们才能进步。自从elm在开发圈子里活跃起来以后，为了防止文章过时，我将会一直更新文章，并且当存在任何错误时，我会改正。

函数式编程（FP）是一个让人摸不着头脑的典型范例。它的很多东西对很多人都是那样，但是它却代表了一群渴望写出更简单代码的人，他们避免强编织（complecting）并创建易于调试的软件。

Games

从很多编程的领域看来，游戏开发是最适合面向对象的而且游戏总是带很多状态。从表面上看，面向对象这种方法很适合。当我使用 Functional Programming的时候，我发现这种方法也很适合游戏编程，而且我也对如何解决问题很感兴趣。

为什么我选择用Functional Programming开发游戏呢？简单的说，我对传统的软件设计方法感到厌倦。命令式的面向对象代码对导致一下过度设计的问题，而且很不美观。

这仅仅是我的个人观点，所以请放松，但是如果你渴望一些不同的事物，为什么不来functional的路上看看呢。

Iteration

看看下面最简单的js例子，对于一个数组取平方。使用"命令式"的代码你会描述一些将要发生的事情。而用functional代码（声明式编程的子集），你去描述你想要做的事情。所以"命令式"的风格中我们会定义一个临时的index变量然后创建一个循环，遍历一遍数组，然后每个value取平方。

var numbers = [1,2,3,4,5,6,7,8,9],      i;  for (i = 0; i < numbers.length; i++) {      numbers[i] *= numbers[i];  }

相比起来，functional的方法路线呢，如果你写js可以考虑下lodash这个库。然而使用一个专门是functional programming的语言，会比的很容易，所以我们使用elm来做这件事。

import List (..)  square : Int -> Int  square n =      n * n  numbers : List Int  numbers =      map square [1..9]

使用elm我们不需要定义临时变量，我们也会创建一个数组更容易，而且定义一个function复用。通过map我们将每个list的数字取平方，然后返回一个新的list。

正如你看到的，functions是对于传进来的每个变量有类型提示的。import List (..)这一行简单引入了核心list function，elm自带的这些function 提供了 map和filter的方法。

译者注: loadash的functional 路线

var _ = require('lodash');  var square = _.curryRight(_.map, 2)(function(n){    return n *n;  });  square([1,2,3,4,5,6,7,8,9]);

Filtering

现在设想一下我们想从数组中移除奇数，然后只平方哪些过滤后的数组。通常，“命令式”的js是这样写的:

var numbers = [1,2,3,4,5,6,7,8,9],      squaredNumbers = [],      i;  for (i = 0; i < numbers.length; i++) {      if (numbers[i] % 2 == 0) {          squaredNumbers.push(numbers[i] * numbers[i]);      }  }  numbers = squaredNumbers;

当然，这样写可以用，但是定义另外一个数组看起来很乱，而且我们还是得写循环。这就是"命令式"代码最不具有新意的地方。你可能会在你的代码的1000个地方重复写上面的代码。

现在我们试试functional 的写法：

isEven : Int -> Bool  isEven n =      n % 2 == 0  numbers : List Int  numbers =      map square (filter isEven [1..9])

我们在numbers里增加一个filter，然后这块方法就变得可以复用了，我们不需要对于有点不同的需求写重复代码。

这里就是functional programming闪耀的地方了，你花了更少的时间在编写想要的做的东西上，而且代码阅读起来也很方便。还有就是这证明了方法是可以链式调用的。

Chaining

如果你现在觉得方法的nest调用会变得失控，你是对的。在elm语言中我们可以使用 |>操作符去帮助我们链式调用方法。

|> 操作符是 functional 程序的别名，它取得左边所有的参数然后传递this当作最后一个参数，this是最右边的参数。仍有<|是反向作用上述过程的。

-- this  1 |> add 2  -- is equivalent to this  add 2 (1)

当有多个function被调用，我们很容易看到这个的好处。

-- this  1 |> add 2    |> add 3    |> add 4    -- is equivalent to this  add 4 (add 3 (add 2 (1)))

这样做减少了需要写的括号，而且使得代码更易读，变得更像一句话：

numbers : List Int  numbers =  [1..9] |> filter isEven     |> map square

Composition

一个更好的解释composition的地方，将简单的functoin组合起来编写成复杂的。

在elm理我们可以将function compose起来，通过>>操作符。这样做的好处是我们不需要指定input就可以提前把function compose起来。

-- this  (isEven >> not)  -- is equivalent to  (\n -> not (isEven n))

从逻辑上来考虑，如果我们知道 g : A -> B 和 f : B -> C（译者：方法g是从状态A -> B，方法f是状态B -> C），我们可以将f和g compose起来通过创建一个g >> f ，就是 A ->B ->C，（而且这个顺序可以是反向的 f << g : A -> C）。

在这个例子中中我们检测数字是否是奇数：

squareIsOdd =  square >> isEven >> not -- `not` 是一个built-in的方法用作布尔值反转  squareIsOdd 3 == True  squareIsOdd 7 == False

这个inputs给了squareIsOdd一个 composed的方法，每一个方法调用时都返回了一个结果，用作下一个方法的参数。

State

State是程序储存的状态，通过对象中的变量来表示。问题在于state是这样存储的，它能够允许开发者不在当前的scope下修改变量的值，这么做是存在隐患的，比如：

var foo, bar;  foo = {  "baz": 1  "setBaz": function(value) {  this.baz = value;  bar.qux = value * 2; // 讨厌!  }  };  bar = {  "qux": 2  };  foo.setBaz(2);

可能有一些修改bar.qux的原因，比如bar.qux应当永远是foo.baz的两倍。但是直到开发者看了setBaz的源码之后他们才会知道bar.qux改变了。对象的api骗人了，这个例子是一个你可以明确的，容易的，识别出的糟糕代码。但是这样写"相当有效"，所以不可避免的导致程序员这写。我自己看到过和这么写过太多太多这种代码。

所以，如何解决问题呢？不为开发者提供这些功能就行。elm没有全局变量，没有变量，只有input和output。

然而如果function没有任何update操作，仅仅只是返回了input，output和input是同一内容，这样避免了不必要的拷贝。

noop input =      input  sameAsInput = noop { a = "b" }

所以取setBaz这个例子：

type alias Foo = { baz : Int }  type alias Bar = { qux : Int }    foo : Foo  foo =         { baz = 1 }  bar : Bar  bar =         { qux = 2 }    setFooBaz : Int -> Foo -> Foo  setFooBaz baz' foo                     = { foo | baz <- baz' }    foo1 = foo |> setFooBaz 2

我们看到setFooBaz是没有办法修改bar.quz的。这个方法是没有办法修改scope外面的值的，所以只能返回一个新的foo.

澄清一下，你可能这么想foo: Foo是一个type为 Foo的变量，但是它不是。它只是一个function不需要input然后output一个对象。我们可以很容易改变一个东西成Foo: Int -> Foo，去让baz被实例化成一种value。

如果我们仍想要确保bar.qux被及时更新成为foo.baz的两倍，我们可以创建一个方法，这个方法是被两个方法compose成的，被增加了2次人后返回原来的对象。

type alias FooBar =      { foo : Foo      , bar : Bar      }  fooBar : FooBar  fooBar =      { foo = foo -- our previously created `foo` function      , bar = bar      }  update : Int -> FooBar -> FooBar  update baz fooBar =      { fooBar          | foo <- fooBar.foo |> setFooBaz baz          , bar <- fooBar.bar |> setBarQux baz * 2      }  fooBar = fooBar |> update 2

我们能够update这个值，向我们想的那样，但是没有副作用。update操作的output值包含了各种操作的影响。