函數(shù)式編程 (Functional Programming) 和 面向?qū)ο缶幊?(Object Oriented Programming) 是兩個(gè)主流的編程范式棘幸，他們有各自獨(dú)特的閃光點(diǎn)，比如函數(shù)式編程的數(shù)據(jù)不可變吨悍、惰性求值蹋嵌，面向?qū)ο缶幊痰?strong>繼承爆雹、多態(tài)等。這些語言特性上的區(qū)別菇晃，可以參考之前的文章磺送，這篇文章主要從實(shí)現(xiàn)相同功能的角度，來對(duì)比這兩種編程范式馅袁，他們?cè)趯?shí)現(xiàn)上的邏輯是截然相反的荒辕。
初步實(shí)現(xiàn)
在函數(shù)式編程中抵窒，代碼邏輯通常是按照要做什么弛针。而在面向?qū)ο缶幊讨欣罨剩ǔＪ前汛a邏輯抽象成 class削茁，然后給這些 class 一些操作。這么說起來很抽象茧跋，用下面這個(gè)例子來詳細(xì)說明。
假設(shè)我們要用 函數(shù)式編程 和 面向?qū)ο缶幊?來分別實(shí)現(xiàn)下面這些功能：
| eval | toString | hasZero | |
|---|---|---|---|
| Int | |||
| Add | |||
| Negate |
表格左列 Int, Add, Negate 是三個(gè)變式 (Variant)厌衔，eval, toString, hasZero 是三種操作璧帝，這里要做的是填滿這個(gè)表格，分別實(shí)現(xiàn)三個(gè)變式的三種操作睬隶。
函數(shù)式編程實(shí)現(xiàn)
這里用 ML 來做函數(shù)式編程的實(shí)現(xiàn)，即使沒用過這門語言，應(yīng)該也能讀懂大概意思变勇。
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-values passed to add_values"
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)
在函數(shù)式編程中，先定義了一個(gè)數(shù)據(jù)類型 (datatype) 來表示 Int, Negate, Add链患，這樣定義的目的是什么呢纲仍？舉個(gè)表達(dá)式的例子：
- Int 代表一個(gè) int 的數(shù)據(jù)，比如 Int(2)
- Negate 代表 Int 的負(fù)數(shù)贸毕，比如 Negate(Int(2)))
- Add 代表兩個(gè) Int 相加郑叠，比如 Add((Int(2), Int(3))
然后再分別實(shí)現(xiàn)三個(gè)操作 eval, toString, hasZero：
- eval 是給一個(gè)表達(dá)式求值，比如給 Negate 求值明棍，
eval(Negate(Int(2))) = Int(-2)乡革，給 Add 求值，eval(Add(Int(2), Int(3))) = Int(5) - toString 是把這個(gè)表達(dá)式輸出成字符串击蹲，比如
toString(Add(Int(2), Int(3))) = "2 + 3"署拟。 - hasZero 是判斷表達(dá)式有沒有 0。
再看剛剛這句話函數(shù)式編程的代碼邏輯通常是按照要做什么歌豺，這里的主體是三個(gè)操作推穷，eval, toString 和 hasZero，所以三個(gè)分別是一個(gè)函數(shù)类咧，在函數(shù)里去實(shí)現(xiàn)三種變式怎么操作馒铃。
可以說蟹腾，函數(shù)式編程式縱向的填滿了上面的表格。
面向?qū)ο缶幊?/h3>
這里用 Ruby 來實(shí)現(xiàn)区宇。
class Exp
end
class Value < Exp
end
class Int < Value
attr_reader :i
def initialize i
@i = i
end
def eval # no argument because no environment
self
end
def toString
@i.to_s
end
def hasZero
i==0
end
end
class Negate < Exp
attr_reader :e
def initialize e
@e = e
end
def eval
Int.new(-e.eval.i) # error if e.eval has no i method
end
def toString
"-(" + e.toString + ")"
end
def hasZero
e.hasZero
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) # error if e1.eval or e2.eval has no i method
end
def toString
"(" + e1.toString + " + " + e2.toString + ")"
end
def hasZero
e1.hasZero || e2.hasZero
end
end
< 在 Ruby 里是繼承的意思娃殖，class Int < Value 表示 Int 繼承了 Value，Int 是 Value 的 Subclass议谷。
可以看到面向?qū)ο缶幊探M織代碼的方式和之前的完全不一樣炉爆。這里把 Int, Negate, Add 抽象成了三個(gè) class，然后分別給每個(gè) class 加上 eval, toString, hasZero 三個(gè)方法卧晓。這也是剛剛那句話的說法 面向?qū)ο缶幊贪汛a邏輯抽象成 class芬首，然后給這些 class 一些操作，這里的主體是 Int, Negate, Add 這三個(gè) class逼裆。
可以說郁稍，面向?qū)ο缶幊淌菣M向的填滿了上的表格。
通過這個(gè)對(duì)比胜宇，可以知道 函數(shù)式編程 和 面向?qū)ο缶幊?是兩種相反的思維模式和實(shí)現(xiàn)方式耀怜。這兩種方式對(duì)代碼的擴(kuò)展性有什么影響呢？
擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)
| eval | toString | hasZero | absolute | |
|---|---|---|---|---|
| Int | ||||
| Negate | ||||
| Add | ||||
| Multi |
在上面那個(gè)例子的基礎(chǔ)上桐愉，我們?cè)偌右恍幸涣胁破疲黾?Multi 這個(gè)變式，表示乘法仅财，增加 absolute 這個(gè)操作狈究，作用是求絕對(duì)值。這會(huì)怎么影響我們的代碼呢盏求？
函數(shù)式編程
在函數(shù)式編程中，要增加一個(gè)操作 absolute 很簡(jiǎn)單亿眠，只要添加一個(gè)新的函數(shù)碎罚，不用修改之前的代碼。但是要增加 Multi 比較麻煩纳像，要修改之前的所有函數(shù)荆烈。
面向?qū)ο缶幊?/h3>
和函數(shù)式編程相反的，在這里增加一個(gè) Multi 簡(jiǎn)單竟趾，只要添加一個(gè)新的 class憔购，但是增加 absolute 這個(gè)操作就要在之前的每一個(gè) class 做更改。
選擇用 函數(shù)式編程 還是 面向?qū)ο缶幊?的一個(gè)考量因素是以后將會(huì)如何擴(kuò)展代碼岔帽，對(duì)之前代碼的更改越少玫鸟，出錯(cuò)的概率越小。
Binary Methods
前面的對(duì)比犀勒，操作都是在一個(gè)數(shù)據(jù)類型上進(jìn)行的屎飘，這里進(jìn)行最后一個(gè)對(duì)比妥曲，一個(gè)函數(shù)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)類型進(jìn)行操作時(shí)，函數(shù)式和面向?qū)ο蠓謩e怎么實(shí)現(xiàn)钦购。
| Int | String | Rational | |
|---|---|---|---|
| Int | |||
| String | |||
| Rational |
這里要實(shí)現(xiàn)的是一個(gè) add_values(x, y) 的操作檐盟，把兩個(gè)數(shù)據(jù)相加，但是 x, y 可能是不同的類型的押桃。
函數(shù)式編程
函數(shù)式編程的實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單：
datatype exp =
Int of int
| String of string
| Rational of real
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) (* not commutative *)
| (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"
這里的操作是 add_values葵萎，所以只要把所有可能的數(shù)據(jù)類型（總共9種）都列出來，就可以了唱凯。
面向?qū)ο缶幊蹋憾畏峙?/h3>
按照上面面向?qū)ο缶幊痰睦幽八蓿覀兛梢赃@么做：
class Int < Value
...
def add_values v
if v.is_a? Int
i + v.i
elsif v.is_a? MyString
i.to_s + v.i
else
...
end
end
end
class MyString < Value
...
end
在 add_values 這個(gè)方法里面去做判斷，看傳入?yún)?shù)的類型波丰，去做相應(yīng)的操作壳坪。這種做法不是那么的 面向?qū)ο螅梢杂辛硗庖环N寫法：
class Int < Value
...
# double-dispatch for adding values
def add_values v # first dispatch
v.addInt self
end
def addInt v # second dispatch: other is Int
Int.new(v.i + i)
end
def addString v # second dispatch: other is MyString (notice order flipped)
MyString.new(v.s + i.to_s)
end
def addRational v # second dispatch: other is MyRational
MyRational.new(v.i+v.j*i,v.j)
end
end
class MyString < Value
...
# double-dispatch for adding values
def add_values v # first dispatch
v.addString self
end
def addInt v # second dispatch: other is Int (notice order is flipped)
MyString.new(v.i.to_s + s)
end
def addString v # second dispatch: other is MyString (notice order flipped)
MyString.new(v.s + s)
end
def addRational v # second dispatch: other is MyRational (notice order flipped)
MyString.new(v.i.to_s + "/" + v.j.to_s + s)
end
end
...
這里涉及到了一個(gè)概念 二次分派 (Double Dispatch)掰烟，在一次方法的調(diào)用過程中爽蝴，做了兩次 動(dòng)態(tài)分派 (Dynamic Dispatch) 。用例子來說明
i = Int.new(1)
s = MyString.new("string")
i.add_values(s)
i.add_values(s)在調(diào)用這個(gè)方法時(shí)纫骑，實(shí)現(xiàn)了一次 dispatch蝎亚，到 add_values 這個(gè)方法里后，做的其實(shí)是 s.addInt i先馆，也就是去調(diào)用了 MyString 里的 addInt 這個(gè)方法发框，這是第二次 dispatch，所以叫做 double dispatch煤墙。
總結(jié)
函數(shù)式編程 和 面向?qū)ο缶幊?對(duì)比下來梅惯，我們并不能說哪一種模式更好。但是可以看出它們?cè)谒季S上是截然不同的仿野。函數(shù)式編程中側(cè)重要做什么铣减，面向?qū)ο缶幊虃?cè)重對(duì)象的抽象化，在有些編程語言里脚作，比如 Java葫哗，是都可以實(shí)現(xiàn)的，但是要用哪種還要根據(jù)需求具體考慮球涛。如果要了解更多 函數(shù)式編程 和 面向?qū)ο缶幊?的基礎(chǔ)概念的話劣针，可以看看之前的這三篇文章。
推薦閱讀：
編程語言的一些基礎(chǔ)概念（一）：靜態(tài)函數(shù)式編程
編程語言的一些基礎(chǔ)概念（二）：動(dòng)態(tài)函數(shù)式編程
編程語言的一些基礎(chǔ)概念（三）：面向?qū)ο?/a>
