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  • C#教程之拿 C# 搞函数式编程 - 3

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前言#

今天和某个人聊天聊到了 C# 的 LINQ,发现我认识的 LINQ 似乎和大多数人认识的 LINQ 不太一样,怎么个不一样法呢?其实 LINQ 也可以用来搞函数式编程。

当然,并不是说写几个 lambda 和用用像 Java 那样的 stream 之类的就算叫做 LINQ 了,LINQ 其实是一个另外的一些东西。

LINQ#

在 C# 中,相信大家都见过如下的 LINQ 写法:


	
Copy
IEnumerable<int> EvenNumberFilter(IEnumerable<int> list) { return from c in list where c & 1 == 0 select c; }

以上代码借助 LINQ 的语法实现了对一个列表中的偶数的筛选。

LINQ 只是一个用于方便对集合进行操作的工具而已,如果我们如果想让我们自己的类型支持 LINQ 语法,那么我们需要让我们的类型实现 IEnumerable<T>,然后就可以这么用了。。。

哦,原来是这样的吗?那我全都懂了。。。。。。

???哦,我的老天,当然不是!

其实 LINQ 和 IEnumerable<T> 完全没有关系!LINQ 只是一组扩展方法而已,它主要由以下方法组成:

方法名称 方法说明
Where 数据筛选
Select/SelectMany 数据投影
Join/GroupJoin 数据联接
OrderBy/ThenBy/OrderByDescending/ThenByDescending 数据排序
GroupBy 数据分组
......  

以上方法对应 LINQ 关键字:whereselectjoinorderbygroup...

在编译器编译 C# 代码时,会将 LINQ 语法转换为扩展方法调用的语法,例如:


	
Copy
from c in list where c > 5 select c;

会被编译成:


	
Copy
list.Where(c => c > 5).Select(c => c);

再例如:


	
Copy
from x1 in list1 join x2 in list2 on x1.k equals x2.k into g select g.u;

会被编译成:


	
Copy
list1.GroupJoin(list2, x1 => x1.k, x2 => x2.k, (x1, g) => g.u);

再例如:


	
Copy
from x in list orderby x.k1, x.k2, x.k3;

会被编译成:


	
Copy
list.OrderBy(x => x.k1).ThenBy(x => x.k2).ThenBy(x => x.k3);

再有:


	
Copy
from c in list1 from d in list2 select c + d;

会被编译成:


	
Copy
list1.SelectMany(c => list2, (c, d) => c + d);

停停停!

此外,编译器在编译的时候总是会先将 LINQ 语法翻译为方法调用后再编译,那么,只要有对应名字的方法,不就意味着可以用 LINQ 语法了(逃

那么你看这个 SelectMany 是不是。。。

jpg

SelectMany is Monad#

哦我的上帝,你瞧瞧这个可怜的 SelectMany,这难道不是 Monad 需要的 bind 函数?

事情逐渐变得有趣了起来。

我们继承上一篇的精神,再写一次 Maybe<T>

Maybe<T>#

首先,我们写一个抽象类 Maybe<T>

首先我们给它加一个 Select 方法用于选择 Maybe<T> 中的数据,如果是 T,那么返回一个 Just<T>,如果是 Nothing<T>,那么返回一个 Nothing<T>。相当于我们的 returns 函数:


	
Copy
public abstract class Maybe<T> { public abstract Maybe<U> Select<U>(Func<T, Maybe<U>> f); }

然后我们实现我们的 Just 和 Nothing


	
Copy
public class Just<T> : Maybe<T> { private readonly T value; public Just(T value) { this.value = value; } public override Maybe<U> Select<U>(Func<T, Maybe<U>> f) => f(value); public override string ToString() => $"Just {value}"; } public class Nothing<T> : Maybe<T> { public override Maybe<U> Select<U>(Func<T, Maybe<U>> _) => new Nothing<U>(); public override string ToString() => "Nothing"; }

然后,我们给 Maybe 实现 bind —— 即给 Maybe 加上一个叫做 SelectMany 的方法。


	
Copy
public abstract class Maybe<T> { public abstract Maybe<U> Select<U>(Func<T, Maybe<U>> f); public Maybe<V> SelectMany<U, V>(Func<T, Maybe<U>> k, Func<T, U, V> s) => Select(x => k(x).Select(y => new Just<V>(s(x, y)))); }

至此,Maybe<T> 实现完了!什么,就这??那么怎么用呢?激动人心的时刻来了!

首先,我们创建几个 Maybe<int>


	
Copy
var x = new Just<int>(3); var y = new Just<int>(7); var z = new Nothing<int>();

然后我们分别利用 LINQ 计算 x + yx + z


	
Copy
var u = from x0 in x from y0 in y select x0 + y0; var v = from x0 in x from z0 in z select x0 + z0; Console.WriteLine(u); Console.WriteLine(v);

输出结果:


	
Copy
Just 10 Nothing

完美!上面的 LINQ 被编译成了:


	
Copy
var u = x.SelectMany(_ => y, (x0, y0) => x0 + y0); var v = x.SelectMany(_ => z, (x0, z0) => x0 + z0);

此时,函数 k 为 int -> Maybe<int>,而函数 s 为(int, int) -> int,是一个加法函数。

函数 k 的参数我们并不关心,它用作一个 selector,我们只需要让它产生一个 Maybe<int>,然后利用函数 s 将两个 int 的值做加法运算,并把结果包装到一个 Just<int> 里面即可。

这个过程中,如果有任何一方产生了 Nothing,则后续运算结果永远都是 Nothing,因为 Nothing.Select(...) 还是 Nothing

一点扩展#

我们再给这个 Maybe<T> 加一个 Where


	
Copy
public abstract class Maybe<T> { public abstract Maybe<U> Select<U>(Func<T, Maybe<U>> f); public Maybe<V> SelectMany<U, V>(Func<T, Maybe<U>> k, Func<T, U, V> s) => Select(x => k(x).Select(y => new Just<V>(s(x, y)))); public Maybe<U> Where(Func<Maybe<T>, bool> f) => f(this) ? this : new Nothing<T>(); }

然后我们就可以玩:


	
Copy
var just = from c in x where true select c; var nothing = from c in x where false select c; Console.WriteLine(just); Console.WriteLine(nothing);

当满足条件的时候返回 Just,否则返回 Nothing。上述代码将输出:


	
Copy
Just 3 Nothing

有内味了(逃

后记#

该系列的后续文章将按揭编写,如果 C# 争气一点,把 Discriminated Unions、Higher Kinded Generics 和 Type Classes 特性加上了,我们再继续。

作者: hez2010


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