语言特性与API设计

我平时的主要工作之一，便是编写一些基础及通用的类库，能够在项目中大量复用。换句话说，我的工作目的，是让其他开发人员可以更好地完成工作。因此，如何设计更容易使用的API是我经常要考虑的东西，偶尔也会有一些体会。而现在这些内容，是我在为Functional Reactive Programing写“参考答案”的时候忽然“总结”出来的想法。可能比较简单，但我想也是设计API是需要考虑的一些内容。

在那篇文章里，我们是在为IEvent<T>对象提供一些封装，其中会有MapEvent和FilterEvent等类型，为了方便调用，我们还定义了对应的扩展方法：

public class MapEvent<TIn, TOut> : InOutEventBase<TIn, TOut>
{
    public MapEvent(Func<TIn, TOut> mapper, IEvent<TIn> inEvent)
        : base(inEvent)
    {
        ...
    }
}

public class FilterEvent<TEventArgs> : InOutEventBase<TEventArgs, TEventArgs>
{
    public FilterEvent(Func<TEventArgs, bool> predicate, IEvent<TEventArgs> inEvent)
        : base(inEvent)
    {
        ...
    }
}

public static class EventExtensions
{
    public static MapEvent<TIn, TOut> Merge<TIn, TOut>(
        this IEvent<TIn, TOut> ev, Func<TIn, TOut> mapper)
    {
        ...
    }

    public static FilterEvent<TEventArgs> Filter<TEventArgs>(
        this IEvent<TEventArgs> ev, Func<TEventArgs, bool> predicate)
    {
        ...
    }
}

MergeEvent和FilterEvent都是对另一个Event对象的封装，您可以当作一种装饰器模式来考虑。不知您观察到没有，这个“待封装”的Event对象在不同的地方（构造函数或扩展方法），出现的位置是不同的。在扩展方法中，它是作为第一个参数出现在参数列表中，而在构造函数中它则是第二个参数。对于扩展方法来说，它是由语言规范强制得出的。但是在构造函数中，这出现的顺序完全可有由我们“自由”确定。那么，我们能否将待封装的Event对象作为构造函数的第一个参数呢？

自然是可以的，只是我在这里倾向于放在最后。原因在于这有利于API使用时的清晰。

假如我们没有扩展方法，也就是说只能使用构造函数进行“装饰”，那么使用现在则是：

var ev =
    new MapEvent<int, string>(
        i => i.ToString(),
        new FilterEvent<int>(
            i => i < 10,
            new MapEvent<DateTime, int>(
                d => d.Millisecond,
                ...)));

有的时候，我会将Lambda表达式写在上一行，这样可以让代码更为紧凑。那么如果MapEvent和FilterEvent都把待封装的Event对象作为构造和函数的第一个参数，又会怎么样呢？

var ev =
    new MapEvent<int, string>(
        new FilterEvent<int>(
            new MapEvent<DateTime, int>(
                ...,
                d => d.Millisecond),
            i => i < 10),
        i => i.ToString());

对比这两者，在我看来它们的信息“呈现方式”是有显著差距的。对于第一种情况（Event作为构造函数最后一个参数），用户看到这个定义时，从上到下的阅读顺序是：

1. 构造一个MapEvent对象，映射方式是XXX
2. 包含一个FilterEvent对象，过滤条件是YYY
3. 包含一个MapEvent对象，映射方式是ZZZ

而对于第二种情况（Event作为构造函数的第一个参数）：

1. 构造一个MapEvent对象
2. 包含一个FilterEvent对象
3. 构造一个MapEvent对象
4. 最内层MapEvent的映射方式为ZZZ
5. 上一层FiterEvent……
6. ……

第一种情况，API体现出的信息是流畅的，而第二种情况信息的体现是回溯的。第一种信息如“队列”，而第二种如“栈”。第一种API阅读起来用户视线是单向的，而第二种API用户可能会去努力寻找某个Lambda表达式到底对应着哪个对象——就像我们为什么提倡if/for不应该嵌套太深，因为找匹配的大括号的确是件比较麻烦的事情。我想，应该没有会选择把Event对象放在构造函数参数列表的中间吧（如果有3个及参数），因为这会让API调用看起来成“锯齿状”，实在不利于阅读。

因此，在各种需要“装饰”的场合，我往往都把“被装饰者”作为构造函数的最后一个参数。例如我在构造DomainRoute的时候，便也是把innerRoute作为构造函数的最后一个参数，由于DouteRoute所需要的参数较多，因此如果把innerRoute作为第一个参数，看起来会更加不便一些。同样的，在之前设法“拯救C# 2.0”的时候也使用了这个做法。

当然，这些是我个人的看法，并非所有人都是这样做的。例如在.NET Framework中负责GZip压缩的GZipStream对象，它的构造函数便是将innerStream作为第一个参数出现。幸好，C# 3.0中已经有了扩展方法，如果使用构造函数的话，即使信息再流畅，我想也不如扩展方法来的直观。因此，我一般都会利用扩展方法，让开发人员可以编写这样的API：

dateEvent.Map(d => d.Millisecond).Filter(i => i < 10).Map(i => i.ToString())
route.WithDomain("http://www.{*domain}/blogs", new { ... });
stream.GZip(CompressionMode.Compress).Encrypt(...);

其实许多高级语言都会为了让代码写的更易懂更清晰，因而提供一些看似“语法糖”的东西。例如F#中的|>操作符：

let form = new Form(Visible = true, TopMost = true, Text = "Event Sample")
form.MouseDown
    |> Event.merge form.MouseMove
    |> Event.filter (fun args -> args.Button = MouseButtons.Left)
    |> Event.map (fun args -> (args.X, args.Y))
    |> Event.listen (fun (x, y) -> printfn "(%d, %d)" x y)

其实|>操作符的目的只是把函数的最后一个参数调到之前来，但它能让我们写出“易读”的代码。例如FsTest类库允许我们这样写：

"foo" |> should equal "foo"

但其实，从理论上说，这种写法完全等价于：

should equal "foo" "foo"

正是因为有了|>操作符，F#在这种情况下会将待封装的Event对象作为函数的最后一个参数。这便是语言特性对API设计的影响。此外，F#中的“>>”以及Haskell的“.”可用“`”把一个函数作为中缀操作符来使用。但如果是Java这样的语言，由于缺乏一些灵活的语法特性，开发人员就只能靠框架和类库来构建“Fluent Interface”来度过难关了（如Google Collections）。《卓有成效的程序员》一书中举了这么一个例子，它们为一个Car对象的构造编写了流畅接口：

Car car = Car.describedAs().
             .box()
             .length(50.5)
             .type(Type.INSULATED)
             .includes(Equipment.LADDER)
             .lining(Lining.CORK);

以代替呆板的Java语法：

Car car = new CarImpl();
MarketingDescription desc = newMarketingDescriptionImpl();
desc.setType("Box");
desc.setSubType("Insulated");
desc.setAttribute("length", "50.5");
desc.setAttribute("ladder", "yes");
desc.setAttribute("lining type", "cork");
car.setDescription(desc)

似乎程序员永远不会放弃这方面追求：编写更清晰，更易懂的代码。