当函数成为一等公民时,设计模式的变化

GOF提出的设计模式,其本质思想是封装变化。故而,创建型模式封装的是对象创建的变化,结构型模式封装的是对象之间的协作与组合结构,行为型模式则封装了对象行为的变化。所谓“行为”,不正是函数所能要表达的吗?在支持FP的编程语言中,函数成为了一等公民,即它可以脱离对象而单独存在,也能够当做参数或返回值(高阶函数)。于是,传统的OO设计模式开始了变化,尤其是行为型模式。

函数的抽象能力

从函数的抽象角度看,任何行为都可以理解为是一个对类型进行转换的函数,这是FP思想对OO设计模式的最大冲击。例如Strategy模式与Command模式,前者封装了算法策略的变化,后者则封装了命令请求的变化。无论算法策略,还是命令请求,都可以表现为一个函数。

譬如说将各种四则运算看做是一种算法策略,为了应对具体计算的变化,在Java中我们应该定义四则运算的策略接口:

public interface Strategy {  
    int compute(int a, int b);  
} 
public class Context  {  
    private final Strategy strategy;  
    public Context(Strategy strategy) { 
        this.strategy = strategy; 
    }  
    public void use(int a, int b) { 
        strategy.compute(a, b); 
    }  
} 

接收两个整数,然后经过计算返回一个整数。显然,四则运算的调用者其实关注的不是Strategy这个接口,而是compute这个行为。跟进一步,调用者其实关注的是将两个整数转换为一个整数的行为,他并不关心接口是什么,函数名有是什么,而是关注f(a, b) = c这个函数。于是,在Scala中,策略模式的实现就变为:

class Context(f: (Int, Int) => Int) {  
  def use(a: Int, b: Int): Int =  f(a, b)  
}  

当然,你可以可以为这个函数定义一个类型,使其更加表意:

type Stategy = (Int, Int) => Int

当然,如果面对的是一组策略行为的封装,且这些策略行为的变化是一致的,使用一个接口将这些行为封装起来,在重用和表意角度讲,似乎又比单纯使用函数更佳。Scala提供OO与FP两种范式,算是一种骑墙的取巧,程序员需要依势而为。Scala给你提供了丰富而精彩的食材,如果你没有将菜做得色香味俱全,不能怪食材不好,还是自己太烂了。

Scala还提供了一种类似block的机制,称之为by name call。它接受的是一个语句块,而非函数类型。所以要注意这种形式与无参函数的区别。此外,by name call同时还具有延迟调用的能力。例如,当我们定义一个invoke函数接受一个无传入参数的函数时:

def invoke(f: () => Unit) = f()

如果你向invoke传入println("scala"),scala会报告错误:

这是因为println("scala")返回的是Unit类型,而不是() => Unit函数类型。使用by name call就没有这个问题:

f: => Unit是一个语句块,所以不能像函数那样调用。我们可以使用这种方式来快捷实现Command模式。

由于Java 8已经支持Lambda表达式,虽然它仍然不支持高阶函数,但是作为Java程序员,仍然有必要培养函数抽象的能力与习惯。在Java 8中使用Lambda,不仅让语法变得简洁,还可以让调用者可以脱离对具体某个接口的依赖,而仅仅依赖函数的抽象特征。

函数的组合能力

FP的编程思想中,除了高阶函数(包括Curry等)具有的抽象能力之外,还有一个好处是提供组合子能力。落实到Scala的语法上,就是偏函数(Partial Function)的andThencomposeorElse

Pavel Fatin在文章《Design Patterns in Scala》用OO设计模式中的Chain of Responsibility(职责链)模式来对比组合子,其实还是比较牵强的。或者说,FP思想中的组合子远远比职责链模式更强大。在Elixir语言中,甚至还提供了管道操作符|>实现这种函数的组合。而我在博客《Scala中的Partial Function》中已经非常详解地介绍了Scala的偏函数,大家可以移步阅读。

如果真要对比,那么结合Scala的语法来看,则orElse可以非常方便地模拟职责链模式,而andThen则近似于管道-过滤器模式。其实我在OO语言中,很少运用GOF标志的职责链模式,也就是当寻找到具体职责的承担者时,履行职责后即可退出的方式;而是对这种模式进行调整,让其在履行职责后继续执行next的职责,又近乎于管道-过滤器了。

所以说,设计模式的运用妙乎于心,讲究应势而变。在融入FP思想后,要从本质思想去面对这些模式,不拘泥于OO还是FP,似乎才是未来编程的取舍之道。

2017-03-02 19:031023FP设计Scala