7.5.1 用结构模式表示数据

7.5.1 用结构模式表示数据

 

 

    如果我们讨论程序，是根据数据结构，而不是对象的话，我们可以说，结构模式是描述设计数据结构常见和行之有效的方法。设计模式是更为具体，并指定如何使用面向对象语言的对象来实现这些结构。在本章中，我们会看到，用函数式方法来表示数据。在第一种表示中，我们使用简单的记录列表，用任何一种语言来写都很容易，但是，第二种表示（使用差别联合）更有趣。我们来看一下第一种模式，叫复合模式（composite pattern）。

 

复合设计模式

 

    复合模式可以把几个对象组合成一个复合对象，处理方式与我们在原始对象上的相同。图 7.6 显示了面向对象实现此模式的通常方法。

图 7.6 CompositeComponent 是一个类，包含其他组件的集合 ；它继承自 AbstractComponent，因此，它可以用在原始组件的地方，

与其他组件的使用方式相同，比如，ConcreteComponent。

    这个复合对象由复合类表示，然后，程序使用 AbstractComponent 类处理对象，因此，它不需要了解原始对象与复合对象之间的区别。还可以看到一个虚拟的方法的示例，称为 Operation。在 CompositeComponent 类中，它在来自 components 的集合中的所有对象上进行迭代，并对它们调用 Operation 方法。在我们的文档表示中，可以找到类似的情况。当使用 SplitPart，把一个部件拆分为多列或行时，我们把它当作普通文档部件看待，与其他部件有完全相同的方式。这个部件由存储在列表中的其他部件组成。我们可以重写图 7.6 普通示例，以相同的方式，使用 F# 中递归的差别联合类型：
 

type AbstractComponent
  | CompositeComponent of list<AbstractComponent>
  | ConcreteComponent of (...)
  | (...)

 

 

    在此示例中，复合值表示成除了其他原始组件之外的可选值之一。它以递归方式引用 AbstractComponent 类型，把此类型的值存储在表示组合对象的列表中。当处理 AbstractComponent 类型的值时，我们不需要区别对待组合值和原始值，这正是这种设计模式的主要目的。

    在函数式编程中，组合是类型的公开表现。因此，类型的任何用户都知道有由组合创建的组件，并且可以用在写原始处理函数时，像我们在实现 mapDocument 操作时一样。

    当使用函数式数据结构时，重点是在已有的类型上添加新函数的能力，所以，公开组成是有效的设计决策。这意味着，代码的函数式版本也不需要定义 Operation 方法，它在面向对象的表示中，是 AbstractComponent 类型的一部分。使用该类型的任何操作可以独立实现，作为一个处理函数的类型。

    F# 有一个高级功能，叫活动模式（active patterns），可以在一定程度上封装构成。这使我们能够公开组成，而不是整个差别联合类型，对开发F # 库是有用的。在书中，我们不讨论此功能的细节，你可以在本书的网站上找到更多的内容。

 

装饰设计模式

 

    与复合相关的另一种模式是装饰模式。这种模式的目标是，在运行时，可以为已有的类添加一种新的行为。图 7.7 中可以看到，这种结构看起来类似于复合模式。

    这两个模式看上去相似，但目的完全不同的。复合模式把组合值与原始值同行对待，装饰模式的目的是为已有对象添加一项新功能。如你所见，在图 7 中的 DecoratedComponent 类封装了其他被装饰的组件，它可以携带额外的状态（例如，decoration 字段）。装包饰的组件也可以添加行为，在 Operation 方法中使用这个额外的状态。

图 7.7 DecoratedComponent 类封装一个组件，并给它添加一个新的状态 ；在这个装饰组件中，Operation 方法调用包装的函数，并添加一个新的行为，使用这个装饰组件的状态。

 

    我们可以看到再次这种模式与我们的文档表示中的组合之一的对应。在我们的应用程序中，添加装饰到另一个部件的部件是 TitledPart。这个装饰是标题，添加的状态是文本和标题的字体。表示相同的结构的F# 类型，如图 7.7 的图解，与复合模式的情况一样，同样简单：

 

type AbstractComponent =
  | DecoratedComponent of AbstractComponent * (...)
  | ConcreteComponent of (...)
  | (...)

 

    在这里，由装饰可选值携带的数据，是一个装饰的组件（不是复合模式情况下的组件列表），还有额外的状态，它可以在不同的装饰之间改变。在前面的清单中，我们使用 (...) 语法来象征，但这是只伪代码。在真正 F# 代码中，在这里，可以指定实际状态的类型，比如，我们带标题的部件中的 TextContent 。正如具有复合模式，在装饰组件上实现操作的代码，位于我们为数据结构实现的处理函数中。在这个处理函数中，DecoratedComponent 的代码能够递归调用自已，处理封装的组件，并执行由该装饰添加的行为，比如，绘制文档部件的标题。

    在这一节中，两种模式的F# 实现依赖于使用递归的差别联合类型。在下一节中，我们会再次使用它，但是以不同的方式。我们将看一下面向对象的方法，来为已有的数据类型添加新的操作。