Functional Programming in C#
作者: Enrico Buonanno
语言: 英文
出版年份: 2017
编程语言: C#
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书籍摘要

1. 函数式编程基础

  • 核心概念:通过避免可变状态和副作用,强调纯函数、不可变数据和高阶抽象。C#通过委托、Lambda表达式和LINQ支持函数式范式。
  • 一等函数:函数可作为参数传递或返回值(如Func<T>Action),支持组合与重用。
  • 纯函数:无副作用的函数,输出仅依赖输入,提升代码可预测性和可测试性(如数学运算)。
  • 高阶函数(HOF):接受或返回函数的函数(如WhereSelect),通过抽象控制流简化逻辑。

2. 类型系统与数据建模

  • Option类型:替代null,显式表示值的存在或缺失(如Option<T>),避免空引用异常。
  • Either类型:封装成功/失败结果(Left表错误,Right表正确值),结合模式匹配处理分支逻辑。
  • 不可变数据:通过readonly和记录类型(record)保证对象状态不变,减少并发问题。

3. 函数式模式与操作符

  • Map/Bind/Apply
    • Map:将函数应用于容器内的值(如Select)。
    • Bind:链式处理嵌套容器(如SelectMany),用于组合可能失败的操作。
    • Apply:将包含函数的容器应用于包含值的容器。
  • LINQ与声明式编程:通过查询表达式(from...select)实现集合操作的链式调用,提升可读性。

4. 错误处理与验证

  • Railway-Oriented Programming:使用EitherResult类型串联操作,错误发生时短路后续步骤。
  • 集中验证:通过Validation类型聚合多个错误(如表单验证),避免逐层返回错误。

5. 应用架构与组合

  • 模块化设计:将功能分解为无状态的小型函数,通过组合构建复杂逻辑。
  • 依赖注入与部分应用:通过柯里化(Currying)延迟参数绑定,结合DI容器管理依赖。
  • 中间件管道:ASP.NET Core的中间件模型(UseRun)本质是函数组合,支持请求处理链。

6. 异步与并发

  • Task与async/await:将异步操作封装为Task<T>,通过Map/Bind扩展实现函数式组合。
  • 响应式流(Rx.NET):使用IObservable处理事件流,通过Subscribe和LINQ操作符过滤/转换数据。
  • Actor模型:通过MailboxProcessor实现无共享状态的并发(需结合F#库或自定义代理)。

7. 不可变存储与事件溯源

  • 事件溯源:通过记录状态变化事件(而非最终状态)重建历史,支持审计和回溯。
  • CQRS模式:分离读写模型,写操作生成事件,读操作通过投影优化性能。

8. 函数式数据结构

  • 链表与树:递归定义的结构(如不可变链表),支持高效的头尾分离操作。
  • 持久化数据结构:通过共享节点实现版本控制(如ImmutableList),避免全量复制。

9. 实践建议

  • 渐进式迁移:从局部代码(如验证逻辑)引入函数式模式,逐步替代命令式代码。
  • 性能权衡:不可变数据可能增加GC压力,需结合场景评估(如高频修改使用可变结构)。
  • 工具支持:利用C# 9+特性(如模式匹配、记录类型)简化函数式代码实现。
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