函数式编程之-bind函数

目录

组合
如何编写属于自己的bind函数
List<T>中的bind函数
bind函数的语法糖支持

Bind函数

Bind函数在函数式编程中是如此重要，以至于函数式编程语言会为bind函数设计语法糖。另一个角度Bind函数非常难以理解，几乎很少有人能通过简单的描述说明白bind函数的由来及原理。
这篇文章试图通过“人话”来描述bind函数，并通过浅显的实例为零函数式编程语言的开发者揭秘bind函数的作用及用法。

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public string GetSomething(int id) {    var x = GetFirstThing(id);    if (x != null)    {        var y = GetSecondThing(x);        if(y != null)        {            var z = GetThirdThing(y);            if (z != null)            {                return z;            }        }    }         return null; }

你一定写过类似的代码，估计你也明白这样的代码看起来很丑陋，一层层的判空嵌套打乱了代码的主题结构。
有没法让他变的更优雅？当然你可以通过"early return"的做法，不过这种方式不在我们的讨论范围之内。
这种风格的代码存在一个明显的code smell, GetFirstThing()/GetSecondThing()/GetThirdThing()等方法有可能返回null，我们说return null是一种不真确的做法，相关分析见拒绝空引用异常。使用Optional类型重构如下：

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public Optional<string> GetSomething(int id) {    var x = GetFirstThing(id);    if (x.HasValue())    {        var y = GetSecondThing(x);        if(y.HasValue())        {            var z = GetThirdThing(y);            if (z.HasValue())            {                return z;            }        }    }    return Optional.None<string>(); }

看起来代码结果跟之前一模一样，重构后的代码并没有变得更漂亮。不过现在的GetFirstThing()/GetSecondThing()/GetThirdThing()方法返回值为Optional<string>类型，不再是普通的string类型：

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public Optional<string> GetFirstThing(int id) {     //...     return Optional.None<string>(); }

重构后的这段代码很有意思，我们可以从函数组合的角度来让整个代码段变的更加优雅。

组合

这段代码其实做了一件事，那就是通过调用三个函数GetFirstThing()/GetSecondThing()/GetThirdThing()来完成一个业务逻辑。从函数式编程思想的角度出发，我们倾向于把若干个小的函数连接起来，根据以前学过的知识，只有一个输入和一个输出的函数才能连接起来：
他们之所以能够连接是因为这两个函数的签名一致，都拥有一个输入和一个输出。
例如：int -> string, string -> bool就可以组合为int -> bool。
而我们此时拥有的三个函数方法签名如下：

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GetFirstThing: int -> Optional<string> GetSecondThing: string -> Optional<string> GetThirdThing: string -> Optional<string>

显然GetFirstThing和GetSecondThing是无法直接连接的，原因是GetFirstThing返回了Optional<string>类型，而GetSecondThing的输入却是一个普通的string类型。如果我们能够在Optional<T>上扩展一个函数，函数接受一个签名为T -> Optional<T>的函数，那么我们就有可能将上面的三个函数串联起来：

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public static class Optional {     public static Optional<T> Bind<T>(this Optional<T> input, Func<T, Optional<T>> f)     {         if (input.HasValue())         {             return f(input.Value);         }           return Optional.None<T>();     } }

有了上面这个神奇的bind函数你就可以将上面的三个函数连接起来了：

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public string GetSomething(int id) {     return GetFirstThing(id).Bind(GetSecondThing).Bind(GetThirdThing); }

用F#实现：

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let address = getFirstThing id     |> bind getSecondThing     |> bind getThirdThing

通过bind函数我们成功将三个函数连接了起来， 同时将判空放在了bind函数里，从而保持主要逻辑部分更加线性和清晰。

如何编写属于自己的bind函数

1. 首先需要定义一个泛型类型E<a>，例如我们上面例子中提到的Optional<T>
2. 编写属于Optional<T>的bind函数，bind函数的签名为E<a> -> (f: a -> E<b>) -> E<b>。 接收一个E<a>，同时接受一个签名为a -> E<b>的函数，返回E<b>。

List<T>中的bind函数

我们经常用的List<T>就是一个典型的泛型类型，那他上面有没有bind函数？当然有，不过叫做SelectMany, Scala中也叫flatMap。
看一下SelectMany的方法签名，正好符合bind函数的签名要求：

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public static IEnumerable<TResult> SelectMany<TSource, TResult>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, IEnumerable<TResult>> selector) {   //... }

SelectMany可以用在什么样的场景中？
例如有这样一个场景，一篇文章(paper)可以有若干章节(section)组成，每个章节(section)又有若干行(row)组成，每行(row)有若干单词(word)组成。

问：给定一篇文章(paper)，请找出大于10行(row)的章节(section)，里面排除注释的行(row)总共的单词(word)数量。

首先根据需求变下下面的若干函数：

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private List<Paper.Section> GetSections(Paper paper) {     return paper.Sections.Where(s => s.Rows.Count > 10).ToList(); }   private List<Paper.Section.Row> GetRows(Paper.Section section) {     return section.Rows.Where(r=>!r.IsComment).ToList(); }   private List<Paper.Section.Row.Word> GetWords(Paper.Section.Row row) {     return row.Words; }

且看这三个函数的签名：

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GetSections: Papaer -> List<Section> GetRows: Section -> List<Row> GetWords: Row -> List<Word>

正好这就是就符合bind函数连接的需求：

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var length = GetSections(paper)             .SelectMany(GetRows)             .SelectMany(GetWords)             .Count();

F#实现：

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let words = getSections paper     |> bind getRows     |> bind getWords  words.Length

bind函数的语法糖支持

bind函数在函数式编程中如此常见，以至于需要设计单独的语法糖，Haskell中叫do natation, Scala中叫for comprehension，F#用Computation expressions：

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list {     let! section = getSections(paper)     let! row = getRows(section)     let! word = getWord(row)     return word }