C# 函數式編程, 2/e (Functional Programming in C#, 2/e)

函數式編程將改變你思考代碼的方式！利用良好的FP技術，C#開發人員可極大地提升軟件的並發處理、狀態管理和事件處理能力，以及軟件的可維護性。本書介紹了在C#編碼實踐中添加函數式編程的原因、方式和位置。 　　《C#函數式編程(第2版)》引導你在C#語言中使用函數式思想來解決實際問題。書中回顧了C#語言中一些能夠用來實現函數式編程的語言特性，並且通過許多實際的例子展示了函數組合、數據驅動編程和不可變數據結構的強大功能。所有代碼示例均可用於.NET 6和C# 10。 主要內容 ● 高階函數減少了代碼的重復，可用更少的代碼執行更多的操作 ● 基於純函數的代碼易於測試和優化 ● 編寫高質量的API，準確描述程序的行為 ● 編寫函數式風格的Web API ● 與LINQ的單組合

第Ⅰ部分  入門

第1章  介紹函數式編程 3

1.1  什麽是函數式編程 3

1.1.1  函數作為第一類值 4

1.1.2  避免狀態突變 4

1.1.3  編寫具有強力保證的程序 5

1.2  C#語言中的函數式編程 8

1.2.1  LINQ的函數式性質 8

1.2.2  函數式編碼的簡短語法 10

1.2.3  元組的語言支持 11

1.2.4  模式匹配和記錄類型 13

1.3  將在本書中學到什麽 16

1.4  本章小結 17

第2章  函數思維 19

2.1  什麽是函數 19

2.1.1  映射函數 19

2.1.2  在C#中表示函數 20

2.2  高階函數 24

2.2.1  依賴其他函數的函數 24

2.2.2  適配器函數 26

2.2.3  創建其他函數的函數 26

2.3  使用HOF避免重復 27

2.4  練習 30

2.5  本章小結 31

第3章  函數純潔性很重要 33

3.1  什麽是函數的純潔性 33

3.1.1  純潔性和副作用 34

3.1.2  管理副作用的策略 35

3.2  通過避免狀態突變實現並行化 37

3.2.1  純函數可良好地並行化 38

3.2.2  並行化不純函數 39

3.2.3  避免狀態突變 40

3.3  純潔性和可測性 43

3.3.1  隔離I/O影響 43

3.3.2  實踐：一個業務驗證場景 44

3.3.3  為什麽很難測試不純函數 46

3.4  執行I/O的測試代碼 47

3.4.1  面向對象的依賴註入 48

3.4.2  可測試性沒有那麽多樣板 51

3.5  純潔性和計算的發展 53

3.6  練習 54

3.7  本章小結 54

第Ⅱ部分  核心技術

第4章  設計函數簽名和類型 57

4.1  設計函數簽名 57

4.1.1  使用箭頭符號編寫簽名 58

4.1.2  簽名的信息量有多大 58

4.2  使用數據對象捕獲數據 59

4.2.1  原始類型通常不夠具體 60

4.2.2  使用自定義類型約束輸入 61

4.2.3  編寫“誠實的”函數 62

4.2.4  把值組合到復雜的數據對象中 64

4.3  使用Unit為數據缺失建模 65

4.3.1  為什麽void不理想 65

4.3.2  彌合Action和Func之間的差異 67

4.4  本章小結 68

第5章  為數據可能缺失建模 69

5.1  每天都在使用糟糕的API 69

5.2  Option類型的介紹 71

5.3  實現Option 73

5.3.1  Option的理想實現 73

5.3.2  使用Option 73

5.3.3  創建None 74

5.3.4  創建Some 75

5.3.5  優化Option實現 76

5.4  Option作為偏函數的自然結果類型 78

5.4.1  解析字符串 78

5.4.2  在集合中查找數據 79

5.4.3  智能構造函數模式 80

5.5  處理null 81

5.5.1  為什麽null是一個糟糕的想法 81

5.5.2  使用Option替代null來獲得健壯性 82

5.5.3  不可空的引用類型 83

5.5.4  防止NullReference-Exception 85

5.6  練習 86

5.7  本章小結 87

第6章  函數式編程中的模式 89

6.1  將函數應用於結構的內部值 89

6.1.1  將函數映射到序列上 89

6.1.2  將函數映射到Option 90

6.1.3  Option是如何提高抽象級別的 93

6.1.4  函子 93

6.2  使用ForEach執行副作用 94

6.3  使用Bind鏈接函數 96

6.3.1  將返回Option的函數組合起來 97

6.3.2  使用Bind平鋪嵌套列表 98

6.3.3  實際上，這被稱為單子 100

6.3.4  Return函數 100

6.3.5  函子和單子之間的關系 101

6.4  使用Where過濾值 101

6.5  使用Bind組合Option和IEnumerable 102

6.6  在不同抽象級別上編碼 104

6.6.1  常規值與高級值 104

6.6.2  跨越抽象級別 105

6.6.3  重新審視Map與Bind 106

6.6.4  在正確的抽象級別上工作 107

6.7  練習 107

6.8  本章小結 108

第7章  使用函數組合設計程序 109

7.1  函數組合 109

7.1.1  復習函數組合 109

7.1.2  方法鏈 110

7.1.3  高級界域中的組合 112

7.2  從數據流的角度進行思考 113

7.2.1  使用LINQ的可組合API 113

7.2.2  編寫可組合性更好的函數 114

7.3  工作流編程 116

7.3.1  關於驗證的一個簡單工作流 116

7.3.2  以數據流的思想進行重構 117

7.3.3  組合帶來了更大的靈活性 118

7.4  介紹函數式領域建模 119

7.5  端到端的服務器端工作流 120

7.5.1  表達式與語句 122

7.5.2  聲明式與命令式 122

7.5.3  函數式分層 123

7.6  練習 124

7.7  本章小結 125

第Ⅲ部分  函數式設計

第8章  函數式錯誤處理 129

8.1  表示輸出的更安全方式 130

8.1.1  使用Either捕獲錯誤細節 130

8.1.2  處理Either的核心函數 133

8.1.3  比較Option和Either 134

8.2  鏈接操作可能失敗 135

8.3  驗證：Either的一個完美用例 137

8.3.1  為錯誤選擇合適的表示法 137

8.3.2  定義一個基於Either的API 138

8.3.3  添加驗證邏輯 139

8.4  將輸出提供給客戶端應用程序 140

8.4.1  公開一個類似Option的接口 141

8.4.2  公開一個類似Either的接口 142

8.4.3  返回一個DTO結果 143

8.5  Either的變體 144

8.5.1  在不同的錯誤表示之間進行更改 144

8.5.2  Either的特定版本 145

8.5.3  重構Validation和

Exceptional 146

8.5.4  保留異常 149

8.6  練習 150

8.7  本章小結 151

第9章  用函數構造應用程序 153

9.1  偏函數應用：逐個提供參數 153

9.1.1  手動啟用偏函數應用 155

9.1.2  歸納偏函數應用 156

9.1.3  參數的順序問題 157

9.2  剋服方法解析的怪癖 158

9.3  柯里化函數：優化偏函數應用 160

9.4  創建一個友好的偏函數應用API 162

9.4.1  可文檔化的類型 163

9.4.2  特殊化數據訪問函數 164

9.5  應用程序的模塊化及組合 166

9.5.1  OOP中的模塊化 167

9.5.2  FP中的模塊化 168

9.5.3  將函數映射到API端點 171

9.5.4  比較兩種方法 173

9.6  將列表壓縮為單個值 174

9.6.1  LINQ的Aggregate方法 174

9.6.2  聚合驗證結果 176

9.6.3  收集驗證錯誤 177

9.7  練習 178

9.8  本章小結 178

第10章  有效地處理多參函數 181

10.1  高級界域中的函數應用程序 181

10.1.1  理解應用式 183

10.1.2  提升函數 185

10.1.3  基於屬性的測試 186

10.2  函子、應用式、單子 188

10.3  單子定律 190

10.3.1  右恆等元 190

10.3.2  左恆等元 190

10.3.3  結合律 191

10.3.4  對多參函數使用Bind 193

10.4  通過對任何單子使用LINQ來提高可讀性 193

10.4.1  對任意函子使用LINQ 194

10.4.2  對任意單子使用LINQ 195

10.4.3  let、where及其他LINQ子句 198

10.5  何時使用Bind或Apply 199

10.5.1  具有智能構造函數的驗證 199

10.5.2  使用應用式流收集錯誤 201

10.5.3  使用單子流快速失敗 202

10.6  練習 203

10.7  本章小結 203

第11章  表示狀態和變化 205

11.1  狀態突變的陷阱 205

11.2  理解狀態、標識及變化 208

11.2.1  有些事物永遠不變 209

11.2.2  表示非突變的變化 211

11.3  使用記錄捕獲域實體的狀態 212

11.3.1  對記錄初始化的細粒度控制 214

11.3.2  所有這些都是不可變的 216

11.4  數據與邏輯分離 218

11.5  本章小結 220

第12章  函數式數據結構簡介 221

12.1  經典的函數鏈表 222

12.1.1  常見的列表操作 224

12.1.2  修改不可變列表 225

12.1.3  解構任何IEnumerable 227

12.2  二叉樹 227

12.2.1  常見的樹操作 228

12.2.2  結構共享 230

12.3  結論 231

12.4  練習 231

12.5  本章小結 232

第13章  事件溯源：持久化的函數式方法 233

13.1  關於數據存儲的函數式思考 234

13.1.1  為什麽數據存儲只能追加 234

13.1.2  放鬆，並忘卻存儲狀態 235

13.2  事件溯源的基礎知識 236

13.2.1  表示事件 236

13.2.2  持久化事件 237

13.2.3  表示狀態 238

13.2.4  表示狀態轉換 239

13.2.5  從過去的事件中重建當前狀態 240

13.3  事件溯源系統的架構 241

13.3.1  處理命令 243

13.3.2  處理事件 245

13.3.3  添加驗證 246

13.3.4  創建事件數據的視圖 248

13.4  比較不同的不可變存儲方法 251

13.4.1  Datomic與Event Store 252

13.4.2  領域是否受事件驅動 252

13.5  本章小結 253

第Ⅳ部分  高級技術

第14章  惰性計算、延續以及單子組合之美 257

14.1  惰性的優點 258

14.1.1  用於處理Option的惰性API 258

14.1.2  組合惰性計算 261

14.2  使用Try進行異常處理 263

14.2.1  表示可能失敗的計算 263

14.2.2  從JSON對象中安全地提取信息 264

14.2.3  組合可能失敗的計算 266

14.2.4  單子組合 267

14.3  為數據庫訪問創建中間件管道 268

14.3.1  組合執行安裝/拆卸操作的函數 268

14.3.2  逃離厄運金字塔的秘方 269

14.3.3  捕獲中間件函數的本質 270

14.3.4  實現中間件的查詢模式 272

14.3.5  添加計時操作的中間件 274

14.3.6  添加管理數據庫事務的中間件 275

14.4  本章小結 277

第15章  有狀態的程序和計算 279

15.1  管理狀態的程序 280

15.1.1  將數據緩存到內存中 281

15.1.2  重構以實現可測試性和錯誤處理 283

15.1.3  有狀態的計算 285

15.2  一種用於生成隨機數據的語言 285

15.2.1  生成隨機整數 286

15.2.2  生成其他基元 287

15.2.3  生成復雜的結構 288

15.3  有狀態計算的通用模式 290

15.4  本章小結 293

第16章  使用異步計算 295

16.1  異步計算 295

16.1.1  對異步的需求 296

16.1.2  用Task表示異步操作 297

16.1.3  一個Task即為一個將來值的容器 298

16.1.4  處理失敗 300

16.1.5  一個用於貨幣轉換的HTTP API 302

16.1.6  如果失敗，請再試幾次 303

16.1.7  並行運行異步操作 304

16.2  異步流 306

16.2.1  以異步流的方式讀取文件 307

16.2.2  以函數方式使用異步流 308

16.2.3  從多個流中消費數據 309

16.2.4  使用異步流進行聚合和排序 309

16.3  本章小結 310

第17章  遍歷和堆疊的單子 311

17.1  遍歷：處理高級值列表 311

17.1.1  使用單子的Traverse驗證值列表 313

17.1.2  使用應用式Traverse收集驗證錯誤 314

17.1.3  將多個驗證器應用於單個值 316

17.1.4  組合使用Traverse與Task以等待多個結果 317

17.1.5  為單值結構定義Traverse 319

17.2  組合異步和驗證(或其他任何兩個單子效果) 320

17.2.1  堆疊單子的問題 320

17.2.2  減少結果的數量 322

17.2.3  具有一個單子堆疊的LINQ表達式 323

17.3  本章小結 325

第18章  數據流和Reactive Extensions 327

18.1  用IObservable表示數據流 328

18.1.1  時間上的一個值序列 328

18.1.2  訂閱IObservable 329

18.2  創建IObservable 331

18.2.1  創建定時器 331

18.2.2  使用Subject告知IObservable應何時發出信號 332

18.2.3  從基於回調的訂閱中創建IObservable 333

18.2.4  由更簡單的結構創建IObservable 334

18.3  轉換和組合數據流 335

18.3.1  流的轉換 335

18.3.2  組合和劃分流 337

18.3.3  使用IObservable進行錯誤處理 339

18.3.4  融會貫通 340

18.4  實現貫穿多個事件的邏輯 341

18.4.1  檢測按鍵順序 342

18.4.2  對事件源做出反應 344

18.4.3  通知賬戶何時透支 346

18.5  應該何時使用IObservable 348

18.6  本章小結 349

第19章  並發消息傳遞 351

19.1  對共享可變狀態的需要 351

19.2  理解並發消息傳遞 353

19.2.1  在C#中實現代理 355

19.2.2  開始使用代理 356

19.2.3  使用代理處理並發

請求 357

19.2.4  代理與角色 361

19.3 “函數式API”與“基於代理的實現” 362

19.3.1  代理作為實現細節 362

19.3.2  將代理隱藏於常規API的背後 364

19.4  LOB應用程序中的並發消息傳遞 364

19.4.1  使用代理來同步訪問賬戶數據 365

19.4.2  保管賬戶的註冊表 366

19.4.3  代理不是對象 368

19.4.4  融會貫通 370

19.5  本章小結 371

附錄A  使用C#的舊版本 373

A.1  C#9之前的不可變數據對象 373

A.1.1  約定不變性 373

A.1.2  定義復制方法 374

A.1.3  強制不變性 375

A.1.4  一直不變 376

A.1.5  復制方法沒有樣板 377

A.1.6  不變性策略的比較 379

A.2  C# 8之前的模式匹配 379

A.2.1  C#對模式匹配的增量支持 380

A.2.2  模式匹配表達式的自定義解決方案 381

 A.3  再次討論事件溯源的示例 382

A.4  結論 384

結束語 385