programming-languages学习笔记–第9部分

1 过程分解与面向对象分解

函数式编程中,把程序分解为完成一些操作的函数。
面向对象编程中，把程序分解为类，这些类为某些类型的数据提供行为。

这两种分解方式完全相反。哪种方式更好看个人口味，但也依赖于你希望如何修改/扩展软件。对于包含两个或更多参数的操作，函数和模式匹配是很简明的，但是OOP可以使用double dispatch达到目的。

示例,实现一个表达式的小型语言：

	eval	toString	hasZero	…
Int
Add
Negate
…

ML(函数式)中的标准方法：

为每种变量(每一行)定义一个数据类型和一个构造器(在动态类型语言中，我们不会给数据类型一个名字，但是仍然按这样的方式考虑问题。)
为每个操作定义一个函数
以每列一个函数的方式填写表格,每个函数中针对每个单元格有一个分支;如果列中的多项相同，可以组合分支(使用通配模式)。

这个方法就是过程分解：对问题分解为每个操作有一个对应的过程。

datatype exp =
         Int of int
         | Negate of exp
         | Add of exp * exp

exception BadResult of string

fun add_values (v1, v2) =
    case (v1, v2) of
        (Int i, Int j) => Int (i+j)
     |  _ => raise BadResult "non-ints in addition"

fun eval e =
    case e of
        Int _ => e
     |  Negate e1 => (case eval e1 of
                          Int i => Int (~i)
                        | _ => raise BadResult "non-int in negation")
     | Add(e1, e2) => add_values(eval e1, eval e2)

fun toString e =
    case e of
        Int i => Int.toString i
      | Negate e1 => "-(" ^ (toString e1) ^ ")"
      | Add(e1,e2) => "(" ^ (toString e1) ^ ")" ^ " + "
                      ^ (toString e2) ^ ")"

fun hasZero e =
    case e of
        Int i => i=0
      | Negate e1 => hasZero e1
      | Add(e1, e2) => (hasZero e1) orelse (hasZero e2)

OO的标准方法：

为表达式定义一个类，为每个操作(每一列)定义一个抽象方法，(ruby中不需要，动态类型中不需要指定抽象方法)
为每个数据变量(每一行)定义一个子类
在每个子类中，为每个操作定义一个方法。

这个方法是面向数据的分解：把问题分解为每个数据变量对应一个类。

class Exp
  # 可以在这里写默认实现或辅助函数
end

class Value < Exp
end

class Int < Value
  attr_reader :i
  def initialize i
    @i = i
  end

  def eval
    self
  end

  def toString
    @i.to_s
  end

  def hasZero
    @i == 0
  end
end

class Add < Exp
  attr_reader :e1, :e2
  def initialize(e1, e2)
    @e1 = e1
    @e2 = e2
  end

  def eval
    Int.new(@e1.eval.i + @e2.eval.i)
  end

  def toString
    "(" + @e1.toString + " + " + @e2.toString + ")"
  end

  def hasZero
    @e1.hasZero || @e2.hasZero
  end
end

class Negate < Exp
  attr_reader :e
  def initialize(e)
    @e = e
  end

  def eval
    Int.new(-@e.eval.i)
  end

  def toString
    "-(" + @e.toString + ")"
  end

  def hasZero
    @e.hasZero
  end
end

总结：

FP和OOP总是按照相反的方式做同样的事，按行或按列组织程序
哪个更自然取决你做什么(解释器或GUI)或者个人爱好
代码布局是重要的，但是没有完美的方法，因为软件有许多种结构维度。工具，IDE可以给你多种视图(行/列)

面向对象首先关心的是对象，然后是针对这些对象有哪些操作。函数式首先关心的是操作，然后是这些操作针对哪些数据。

2 扩展代码：添加操作或变体(variant)

可扩展性,扩展上一节的程序：

	eval	toString	hasZero	noNegConstants
Int
Add
Negate
Mult

函数式方式:

容易添加新的操作(增加一个函数)，比如noNegConstants,不需要修改以前的代码
添加新的变体需要修改旧函数，但是ML类型检查会给出todo list(在原先的代码没有通用匹配的情况下),

OOP方式：

容易添加新的变体(增加一个类即可)
添加一个新的操作需要修改旧的类，但是Java的类型检查会在原先的代码没有默认方法的情况下给出todo list

不管是函数式还是OOP，都可以提前计划方便以后新增变体或操作。函数式用High-order function添加新类型, OOP使用双派发(double-dispatch)模式添加新操作。

未来是难以预测的，我们或许不知道需要什么样的扩展，或者两种扩展都需要。可扩展性是一把双刃剑：

以后不需要修改就可以代码重用
但需要写更多的原始代码
原始代码更难理解或修改
一些语言机制让代码更难扩展，比如ML的模块隐藏了数据类型;Java的final阻止子类化/覆盖。

3 使用函数式分解二元方法

使Add支持更多操作:

	Int	String	Rational
Int
String
Rational

函数式中使用case表达式就解决了，因为函数首先关心的就是操作，针对不同数据之间的操作用case表达式。

datatype exp = Add of exp * exp 
            | Int of int
            | Negate of exp
            | String of string
            | Rational of int * int

fun add_values (v1, v2) =
    case (v1, v2) of
        (Int i, Int j) => Int (i+j)
      | (Int i, String s) => String(Int.toString i ^ s)
      | (Int i, Rational(j,k)) => Rational(i*k+j,k)
      | (String s, Int i) => String(s ^ Int.toString i)
      | (String s1, String s2) => String(s1 ^ s2)
      | (String s, Rational(i,j)) => String(s ^ Int.toString i ^ "/"
                                            ^ Int.toString j)
      | (Rational _, Int _) => add_values(v2, v1)
      | (Rational(i, j), String s) => String(Int.toString i ^ "/"
                                             ^ Int.toString j ^ s)
      | (Rational(a,b), Rational(c,d)) => Rational(a*d+b*c, b*d)
      | _ => raise BadResult "non-values passed to add_values"

4 双重派发

OOP更关心对象，一个消息发送过来，不知道怎么处理，让对象自己去处理，就是双重派发，也可以做到三重、四重(一个操作作用于三个、四个对象)，但要写很多方法。

class Add < Exp
  def eval
    e1.eval.add_values e2.eval
  end
end

class Int < Value
  # OOP中的双重派发
  def add_values v
    v.addInt self
  end
  def addInt v
    Int.new(v.i + i)
  end
end

5 Multimethods

也叫多重派发。针对不同对象的同一操作，用同一个方法名，自动调用对应的方法。

ruby动态类型，方法不能重名，因此没有多重方法。Java和C++是静态类型，一个类可以有重名方法，但在编译时确定了参数的类型,叫做静态重载。

许多OOP语言有multimethods。比如Clojure中的multimethod和Scala中的trait。

6 多重继承

单继承的类层次是一个树，多重继承的类层次更复杂。

7 Mixins

mixin是一个方法集合，没有实例。含有mixins的语言的类大都只能有一个父类，但可以包含多个mixin.

module Doubler
  def double
    self + self
  end
end

class Pt
  attr_accessor :x, :y
  include Doubler
  def + other
    ans = Pt.new
    ans.x = self.x + other.x
    ans.y = self.y + other.y
    ans
  end
end

class String
  include Doubler
end

Ruby中最大的两个mixins是Comparable和Enumerable。

class MyRange
  include Enumerable
  def initialize(low, high)
    @low = low
    @high = high
  end

  # 支持low>high的情况
  def each
    if @low <= @high
      i=@low
      while i <= @high
        yield i
        i=i+1
      end
    else
      i=@low
      while i >= @high
        yield i
        i=i-1
      end
    end
  end
end

for i in MyRange.new(3,1)
  for j in MyRange.new(1,2)
    print (i+j).to_s + " "
  end
  puts
end

MyRange.new(3,1).each { |x|
  MyRange.new(1,2).each { |y|
    print (x+y).to_s + " " }
  puts }

8 接口

静态类型中的类是一个类型。接口也是一个类型，但不是一个类.

9 抽象方法

静态类型中支持覆盖的方法就是抽象方法。

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