関数型プログラミングのデザインパターンひとめぐり

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JSConf JP 2021
Chatwork 株式会社
CTO 室 / エンジニア採用広報
高瀬和之 (@Guvalif)
関数型プログラミングの
デザインパターンひとめぐり with Ramda.js

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■ 概要 🗒
Haskell ライクな関数型プログラミングを
JavaScript にて行えるようにするライブラリ "Ramda.js" を (一部) 例にして、
関数型プログラミングにおいて頻出のデザインパターンをご紹介します。
■ 関数型プログラミングに対する私の立ち位置 󰞹
- 良い設計を発見するための、ベース知識として用いる
- 安全な開発を実現するための、勘所として用いる
- これらは決してプログラミング言語に依存すること無く、
普遍的に応用可能だと考える
- つまり、ライトユーザーです　（ｺﾜｸﾅｲﾖ!
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まえおき

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純粋関数
- 関数型プログラミングの大原則 → 主役は "純粋関数"
- 純粋関数とは？
- 引数に同じ値を与えたら、常に同じ戻り値を返す関数のこと
- なおかつ、副作用が存在しないもの
- "参照透過" というキーワードで、ひとえに説明しても良い
- なぜ純粋関数を用いるのか？
- 副作用が存在しない ≒ 挙動が予測しやすい
- 型システムを併用することで、予測可能性をさらに高めることができる
const add: (_0: number, _1: number) => number =
(x, y) => x + y;
const log: (_: string) => void =
(s) => console.log(s);
純粋関数の例 (インプレイスな置き換えが可能) 純粋関数でない例 (外部から観測できない作用がある)

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カリー化
- "複数の引数を取る関数" と "単一の引数を取る関数" は、相互変換ができる
- 理論的背景を知りたい方は ... → "積対象　指数対象　随伴" で Let's Google 🔍
- cf. 『圏論と Swift への応用』 by inamiy さん
const add : (_0: number, _1: number) => number =
(x, y) => x + y;
const add_: (_0: number) => (_1: number) => number =
(x) => (y) => x + y;
// 使い方が異なるだけで、効果は変わらない
add(1, 2) === add_(1)(2);

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カリー化による設計上のメリット
- 例) カリー化による環境の固定
- 同様に、Dependency Injection にも応用できる
- ちなみに、Ramda.js では全ての関数が標準でカリー化されている 🎉
const buildSendMessageRequest = ({ secret, roomId }: ChatworkEnv) => (body: string) => ({
method: 'POST',
url: `https://api.chatwork.com/v2/rooms/${roomId}/messages`,
headers: {
'X-ChatworkToken': secret,
},
data: `body=${body}`,
});
// builder: (body: string) => Request として、簡便に使いまわすことができる
const builder = buildSendMessageRequest({ secret: 'XXXX', roomId: '123456789' });

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副作用との付き合い方
- "純粋関数が主役" という考え方より、副作用も観測可能にしたい ...
- どうする？ → 副作用をなるべくデータ型として表現する (≒ 作用を型で明示する)
- 例) Tagged Union Type により、try - catch を用いずに異常系を表現する
interface Left<T> {
value: T;
_tag: 'Left';
}
interface Right<T> {
value: T;
_tag: 'Right';
}
// 慣例的に、Left が異常系，Right が正常系を表す
type Either<L, R> = Left<L> | Right<R>;
function safeDiv(
x: number,
y: number,
): Either<Error, number> {
if (y === 0) {
return left(new Error('/ by 0 !'));
}
return right(x / y);
} ファクトリ関数とする

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作用を便利に扱うための演算群
- 慣例的に、ジェネリック関数の３つ組を考えることが多い
- 理論的背景を知りたい方は ... → "計算効果　Monad" で Let's Google 🔍
- cf. 『Notions of Computation and Monads』 by Eugenio Moggi
// Haskell では 'pure' という名で知られる
// cf. https://ramdajs.com/docs/#of
of: <T>(value: T) => M<T>
// Haskell では 'fmap' という名で知られる
// cf. https://ramdajs.com/docs/#map
map: <A, B>(f: (_: A) => B) => (_: M<A>) => M
// Haskell では 'bind' という名で知られる
// cf. https://ramdajs.com/docs/#chain
chain: <A, B>(kf: (_: A) => M) => (_: M<A>) => M

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各演算群の直感的な意味
- 例) M<_> を Promise<_> で置き換えると ...
- ※ 厳密には、Promise だと良い性質を持たないので注意！
// "値" を "作用のある値" に変換する (※ もっとも自明な変換を用いる)
const of: <T>(value: T) => Promise<T> =
(value) => Promise.resolve(value);
// "関数" を "作用のある関数" に変換する
const map: <A, B>(f: (_: A) => B) => (_: Promise<A>) => Promise =
(f) => (promise) => promise.then(f);
// "途中で作用をもつ関数" を "作用のある関数" に変換する
const chain: <A, B>(kf: (_: A) => Promise) => (_: Promise<A>) => Promise =
// .then メソッドの性質から、map と実装が変わらない (ややつまらない実装)
(kf) => (promise) => promise.then(kf);

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of の役割：
"値" から ...
"作用のある値" への変換
map の役割：
"関数" から ...
"作用のある関数" への変換
chain の役割：
"途中で作用をもつ関数" から ...
"作用のある関数" への変換
map(f): (_: M<A>) => M
f: (_: A) => B
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各演算群の直感的な意味 (図解版)
X A B
M<A> M
map
M<X>
of: (_: X) => M<X>
M<A> M
chain(kf): (_: M<A>) => M
kf: (_: A) => M
A
chain

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ADT と Catamorphism
- Union Type や Tuple Type を (複合的に) 用いたデータ型を、ADT と呼ぶ
- ADT ＝ Argebraic Data Type の意 → 代数的データ型
- ADT に対しては、自然な分解と変換を定義することができる → 代表例が Catamorphism
- 理論的背景を知りたい方は ... → "F 始代数" で Let's Google 🔍
const either = <L, R, T>(lmap: (_: L) => T) => (rmap: (_: R) => T) => (m: Either<L, R>): T => {
// 対称性を強調するために、それぞれの場合分けを明示的に記述
if (m._tag === 'Left') {
return lmap(m.value);
}
if (m._tag === 'Right') {
return rmap(m.value);
}
};

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Catamorphism の応用例
- 例) Either に対する、統一的なエラーハンドリング
- ちなみに、配列に対する reduceRight も Catamorphism だったりする
- いわゆる "畳み込み" と呼ばれる操作は、Catamorphism として一般化できる
const lmap = (e: Error) => e.name;
const rmap = (x: number) => `${x}`;
const handler: (_: Either<Error, number>) => string =
either(lmap)(rmap);
// try - catch 方式と、大きく使い勝手が変わらない
console.log(handler(safeDiv(N / M)));

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複合的なユースケース → "ブラックジャック" の例
- Qiita に参考記事を掲載しているので、ぜひ一読してみてください 🗒
- cf. 『JavaScript で (なるべく) 関数型にブラックジャックを実装する』 by Guvalif
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現実的なユースケース in Chatwork → リリース基盤のバックエンド実装
- Ramda.js をフル活用して、CLI や CRON を実装しています 🗒
- 余談) 公式技術ブログに記事化したいと思い続けて、一年半が過ぎた 😇
const rejectEmptyEffect = R.ifElse(
R.isEmpty,
() => Promise.reject(new Error('スナップショットに含めるべきファイルが存在しません')),
Promise.resolve.bind(Promise),
);
const uploadFileEffect = createUploadFileEffect(s3Env, birdcageEnv);
const uploadFileWithLoggingEffect = R.pipe(
R.tap<File>((file) => console.log(Ùploading: ${file.name}`)),
uploadFileEffect,
);

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まとめ
- 関数型プログラミングの考え方には、実用上も便利なものが多い 👌
- なおかつ、理論的背景もしっかりしている 📖
- Haskell を使うのは大変でも、Ramda.js だったらライトに始められる 🚀
- 時間があったら取り扱いたかったトピック：
- 合成可能な setter と getter の組，Lens
- Applicative による Validation の一般化
- map も、ﬁlter も、reduce も自由自在，Transducer
- (思い切って Session 枠を取りにいっても良かった感 🤔)

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