C＃到F＃：功能性思維與多態性

Question

假設我有兩個班：

public class Triangle {
    public float Base { get; set; }
    public float Height { get; set; }

    public float CalcArea() { return Base * Height / 2.0; }
}

public class Cylinder {
    public float Radius { get; set; }
    public float Height { get; set; }

    public float CalcVolume() { return Radius * Radius * Math.PI * Height }
}

我們在這里有兩個幾何形狀的描述以及兩者中的操作。

這是我在F＃中的嘗試：

type Triangle = { Base: float; Height: float }
module TriangleStuff = 
    let CalcArea t =
        t.Base * t.Height / 2.0

type Cylinder = { Radius: float; Height: float }
module CylinderStuff = 
    let CalcVolume c = 
        c.Radius * c.Radius * Math.PI * c.Height

假設我對這兩個類進行了觀察（它們都有Height ！）並且我想提取一個對任何具有高度屬性有意義的操作。 所以在C＃中我可能會拉出一個基類並在那里定義操作，如下所示：

public abstract class ShapeWithHeight {
    public float Height { get; set; }
    public virtual bool CanSuperManJumpOver() { 
        return Height == TALL;  // Superman can *only* jump over tall buildings
    }
    public const float TALL = float.MaxValue;
}

public class Triangle : ShapeWithHeight {
    public float Base { get; set; }

    public float CalcArea() { return Base * Height / 2.0; }

    public override bool CanSuperManJumpOver() {
        throw new InvalidOperationException("Superman can only jump over 3-d objects");
    }
}

public class Cylinder : ShapeWithHeight {
    public float Radius { get; set; }
    public float CalcVolume() { return Radius * Radius * Math.PI * Height }
}

請注意各個子類如何對此操作的實現有自己的想法。

靠近點，我可能有一個函數的地方，可以接受一個三角形或氣缸：

public class Superman {
    public void JumpOver(ShapeWithHeight shape) {
        try {
            if (shape.CanSuperManJumpOver()) { Jump (shape); }
        } catch {
            // ...
        }
    }
}

..並且此功能可以接受三角形或圓柱形。

我在向F＃應用同樣的思路時遇到了麻煩。

我一直在閱讀有關函數式語言的文章。 傳統的思想是，最好表達代數值類型而不是繼承類。 我們認為最好是用較小的構建塊來構建或構建更豐富的類型，而不是從抽象類開始並從那里縮小。

在F＃中，我希望能夠定義一個函數，該函數接受一個已知具有Height屬性的參數，並以某種方式使用它（即CanSuperManJumpOver的基本版本）。 我應該如何在功能世界中構建這些類型來實現它？ 我的問題在功能性世界中是否有意義？ 對這種想法的任何評論都是最受歡迎的。

Answer 1

在我看來，你所描述的C＃設計根本就是錯誤的 - 你用虛擬方法CanSuperManJumpOver定義了一個ShapeWithHeight類型，但是這個方法不能用於其中一個具體實例（2D三角形），你必須拋出異常。

在F＃中對域進行建模時的一個關鍵原則是無效狀態不應該是可表示的 （ 有關更多信息，請參閱此文章 ）。 你的設計打破了這個 - 因為你可以構造一個三角形並在其上調用一個操作，但操作無效。

因此，首先要考慮的是，您嘗試建模的域實際上是什么？ （這有點難以從你的例子中猜出，但讓我試試......）假設你有一些物體，超人可以跳過3D形狀，但不能跳過2D形狀。 您可以使用區分聯合來區分這兩種形狀：

type Height = float
type Shape2DInfo = 
  | Triangle of float * float
type Shape3DInfo = 
  | Cylinder of float

type Shape = 
  | Shape2D of Shape2DInfo
  | Shape3D of Height * Shape3DInfo

訣竅在於，對於所有3D形狀，我們現在可以在Shape3D情況下直接獲得高度 - 因此您可以始終獲得3D形狀的高度（無論它是哪種特定形狀 - 這里，只有圓柱體）。 對於2D形狀，我沒有包括高度，因為它們可能，或者可能沒有...

然后你可以編寫一個跳躍函數，模式匹配一​​個形狀並處理三種不同的情況 - 形狀不可跳躍，形狀太小或形狀足夠高：

let jumpOver shape = 
  match shape with
  | Shape2D _ -> printfn "Cannot jump!"
  | Shape3D(height, _) ->
      if height = Double.MaxValue then printf "Jumped!"
      else printfn "Too boring!"

總結一下 - 如果你有一個在C＃中有一些屬性的抽象類，F＃中最接近的東西（如果你想使用功能設計，而不是OO設計）是使用一個存儲公共屬性（ Shape ）並包含值的類型另一種類型（ Shape3DInfo ），指定每個子類的特定細節。

Answer 2

在函數式編程范例中，您將從函數開始，並從中計算出類型。 所以起點就是功能

let CanSupermanJumpOver height = 
    height = TALL

當你有一個需要交替應用CanSupermanJumpOver函數的問題時，你才會開始考慮三角形和圓柱體之間的多態性。 基本上，OO范例專注於隱藏正在使用的內部數據結構。 功能范例側重於封裝復雜的流程邏輯，但數據結構是透明的。 訣竅在於嘗試將這兩種方法結合起來，而不會損害其中任何一種方法 這是我最后一直在苦苦掙扎的事情。