12.6 实现选项的计算表达式

12.6 实现选项的计算表达式

 

在 12.4 节，我们用选项值作为示例，介绍了用 LINQ 查询和 F# 计算表达式创建非标准计算的概念，处理选项值的代码，有自定义的值绑定读取实际值，如同标准值。既然我们已经知道如何转换计算表达式，也就知道我们的 Bind 成员会接收值和 lambda 函数。因为我们处理的是选项类型计算表达式，只有当值是 Some(x) 而不是 None 时，我们才打算执行 lambda 表达式；后一种情况，我们可以立即返回 None。

要运行前面的例子，我们需要在 C# 中实现 LINQ 查询运算符，在 F# 中实现选项计算生成器。同样，我们先看 F# 版本，清单 12.21 是有两个成员的 F# 对象类型。我们已经在第六章实现过 Option.bind 函数，在这里要重新实现，提醒一下典型的 bind 操作做什么。

 

清单12.21 选项类型的计算生成器 (F#)

 

type OptionBuilder() =

  member x.Bind(opt, f) =

    match opt with       [1]

    | Some(value) ->f(value)    [2]

    | _ –> None    [3]

  member x.Return(v) = Some(v)   <-- 包装实际值

 

let option = new OptionBuilder()

 

Bind 成员首先从第一个参数的选项值中，提取值，这类似于我们前面实现的 ValueWrapper<'T> 类型的 Bind。同样，我们使用模式匹配[1]，但在这里，值可以省略，所以，我们将使用 match 结构。如果定义了这个值，则调用指定的函数[2]。这样，我们就把值绑定到使用 let! 声明的符号上，然后，运行计算的其余部分。如果未定义这个值，就返回 None，作为整个计算表达式的结果[3]。

Return 成员有一个参数值，必须返回计算类型的值。在我们的示例中，计算类型是 option<'a>，所以，把实际值包装到 Some 识别器内。

为了在 C# 中使用查询语法写对应的代码，就需要到在第五章为定义 Option<T> 类型实现的 Select 和 SelectMany 方法。清单 12.22 实现了两个额外的扩展方法，这样，就可以在查询表达式中使用选项了，这次，我们使用在第六章中写的扩展方法，使代码更加简单。

 

清单12.22 选项类型的查询操作 (C#)

static class OptionExtensions {

  public static Option<R>Select<S, R>

      (thisOption<S> source, Func<S, R> selector) {

    returnsource.Map(selector);    [1]

  }

  public static Option<R>SelectMany<S, V, R>

      (thisOption<S> source,

      Func<S, Option<V>> valueSelector,

      Func<S, V, R> resultSelector) {

    returnsource.Bind(sourceValue =>    [2]

     valueSelector(sourceValue).Map(resultValue =>    [3]

       resultSelector(sourceValue, resultValue)));

  }

}

 

如果给定选项值包含实际值，Select 方法应该把给定的函数应用到所携带的值上，然后，再把结果打包到选项类型中。在 F# 中，函数称为 Option.map，C# 方法也使用类似的名字（Map）。如果我们是先看到 LINQ 的话，那么，首先可能会把方法称为Select，但是，最简单的解决方案是添加新的称为Map 方法[1]。

SelectMany 会更复杂，它类似于 bind 操作，但是，此外需要使用由第三个参数，指定额外的函数，格式化操作的结果。在第六章，我们用C# 写过 bind 操作；在这里，我们可以使用 Bind 扩展方法[2]。要调用格式化函数 resultSelector，需要两个参数：一个是由选项携带原始值，另一个是由绑定函数（命名为 selector）产生的值。在处理的末尾，我们可以添加对 Map 的调用执行此操作，但是，需要把这个调用放在 lambda 函数内部，给 Bind 方法[3]，这是因为我们还需要访问来自源的原始值。在 lambda 函数内部，原始值是作用域之内（名为 sourceValue 的变量），因此，我们可以把它和新值，即，分配给变量 resultValue，放在一起使用。

这个实现是有点复杂，但它表明，使用函数式编程，可以把很多已有的功能组合起来。如果我们试图自己实现的话，在这里，可以看到类型是宝贵的助手。可能首先使用 Bind 方法，但是，可能看到类型不匹配。会看到什么类型不兼容，如果看过哪些函数可用，你会发现，为了获得正确的类型，需要添加什么。我们自己重复的风险在于：函数式编程中的类型要重要得多，告诉你更多有关程序的正确性问题。

使用新的扩展方法，我们可以运行 12.3 节中的示例。在 F# 中，我们不需要实现 yield 和 for 基本操作，只使用 return 和 let! 就能运行。这是故意的，因为这些第一组基本操作更适合处理各种形式序列的计算。我们仍然需要实现 TryReadInt 方法（类似于 F# 的函数），这些是简单的，因为只要从控制台读取一行，并尝试解析，然后，当字符串是数字时，返回 Some，其它则返回 None。

 

肯定和可能单子

 

我们前面看到的两个例子，在 Haskell 中是众所周知的。第一个示例是肯定单子（identity monad），因为这个单子类型与值的实际类型相同，只打包在命名类型中。第二个示例是可能单（maybe monad），因为Maybe 是 Haskell 的类型名，对应于 F# 中的 option<'a> 类型。

第一个示例没有什么实际意义，演示了在实现计算时需要做的；而第二个示例在写组合大量操作的代码时，其中每个可能失败，是有用的。我们分析这两个例子时，可以发现，单子类型非常重要；一旦我们理解了这种类型，就会知道，是什么让计算非标准。

 

到目前为止，例子已经有点抽象了；下一节，会有很多更具体的示例，在代码中添加自动日志。