Clojure协议的简单解释

Question

Clojure协议的简单解释

clojureprotocols

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我试图理解Clojure协议及其所要解决的问题。是否有人可以清晰地解释Clojure协议的定义和用途?

- yazzapps.com

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Clojure 1.2 协议27分钟介绍视频：http://vimeo.com/11236603 - miku

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协议（Protocols）在Scala中有一个非常相近的类比，那就是特征（mixins）。参考链接：https://dev59.com/32855IYBdhLWcg3wJgxy#4510173 - Vasil Remeniuk

2个回答

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我认为，将协议与面向对象语言（如Java）中的"接口"在概念上进行类比是最有帮助的。协议定义了一组抽象函数，可以针对给定对象以具体方式实现。

例如：

(defprotocol my-protocol 
  (foo [x]))

定义了一个协议，该协议有一个名为“foo”的函数，该函数作用于一个参数“x”。

然后，您可以创建实现该协议的数据结构，例如：

(defrecord constant-foo [value]  
  my-protocol
    (foo [x] value))

(def a (constant-foo. 7))

(foo a)
=> 7

注意这里实现协议的对象作为第一个参数 `x` 传递 - 类似于面向对象语言中的隐式 "this" 参数。

协议的一个非常强大和有用的特性是，即使对象最初并未设计支持该协议，您仍然可以将其扩展到对象上。例如，您可以将上面的协议扩展到 java.lang.String 类（如果您愿意的话）。

(extend-protocol my-protocol
  java.lang.String
    (foo [x] (.length x)))

(foo "Hello")
=> 5

- mikera

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就像面向对象语言中隐式的“this”参数一样，我注意到在Clojure代码中，传递给协议函数的变量通常也被称为“this”。 - Kris

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Jörg W Mittag · Accepted Answer

Clojure中协议的目的是以高效的方式解决表达问题。

那么什么是表达问题？它指的是可扩展性的基本问题：我们的程序使用操作来处理数据类型。随着程序的演进，我们需要用新的数据类型和新的操作来扩展它们。特别地，我们希望能够添加与现有数据类型兼容的新操作，并添加与现有操作兼容的新数据类型。并且我们希望这是真正的扩展，即我们不想修改现有程序，我们希望尊重现有的抽象，我们希望我们的扩展是独立的模块，在单独的命名空间、单独编译、单独部署并进行单独类型检查。我们希望它们是类型安全的。【注：并非所有语言都有这些目标。但例如，即使在Clojure等语言中无法静态检查类型安全，也意味着我们不希望代码随机崩溃，对吧？】

表达问题是，你如何在一种语言中提供这样的可扩展性？

事实证明，在典型的过程化和/或函数式编程的简单实现中，添加新的操作（过程、函数）非常容易，但添加新的数据类型非常困难，因为基本上操作使用一些形式的情况区分（switch、case、模式匹配）来处理数据类型，并且您需要向它们添加新的情况，即修改现有代码：

func print(node):
  case node of:
    AddOperator => print(node.left) + '+' + print(node.right)
    NotOperator => '!' + print(node)

func eval(node):
  case node of:
    AddOperator => eval(node.left) + eval(node.right)
    NotOperator => !eval(node)

现在，如果你想添加一个新的操作，比如类型检查，那很容易。但是，如果你想添加一个新的节点类型，你就必须修改所有现有操作中的模式匹配表达式。

对于典型的OO编程，情况恰好相反: 添加新数据类型以便与现有操作一起使用（通过继承或覆盖它们）很容易，但是添加新操作很难，因为这基本上意味着修改现有的类/对象。

class AddOperator(left: Node, right: Node) < Node:
  meth print:
    left.print + '+' + right.print

  meth eval
    left.eval + right.eval

class NotOperator(expr: Node) < Node:
  meth print:
    '!' + expr.print

  meth eval
    !expr.eval

在这里，添加一个新的节点类型很容易，因为你可以继承、覆盖或实现所有必需的操作，但是添加一个新的操作很困难，因为你需要将其添加到所有叶类或基类中，从而修改现有的代码。

几种语言都有解决表达式问题的构造：Haskell 有类型类，Scala 有隐式参数，Racket 有 Units，Go 有接口，CLOS 和 Clojure 有多方法。还有一些“解决方案”试图解决它，但在某种程度上失败了：C＃和 Java 中的接口和扩展方法，在 Ruby、Python、ECMAScript 中的 Monkeypatching。

请注意，Clojure 实际上已经有了解决表达式问题的机制：多方法。 OO 面临的问题是他们将操作和类型捆绑在一起。使用多方法，它们是分开的。FP 面临的问题是他们将操作和案例区分捆绑在一起。再次使用多方法，它们是分开的。

那么，让我们将协议与多方法进行比较，因为它们都可以完成同样的工作。或者换句话说：如果我们已经有了多方法，为什么要使用协议？

协议相对于多方法提供的主要优势是分组：你可以将多个函数分组在一起，并说“这三个函数共同形成协议Foo”。使用多方法无法做到这一点，它们总是独立的。例如，您可以声明一个 Stack 协议由同时拥有 push 和 pop 函数。

那么，为什么不只是添加将多个多方法组合在一起的功能呢？有一个纯粹实用的原因，这也是我在介绍性句子中使用“高效”一词的原因：性能。

Clojure 是一种托管语言。也就是说，它专门设计为在另一种语言的平台上运行。事实证明，您想让 Clojure 运行在的任何平台（JVM、CLI、ECMAScript、Objective-C）都具有专门的高性能支持，可以仅基于第一个参数的类型进行调度。Clojure 多方法则会根据所有参数的任意属性进行调度。

因此，协议限制了您仅在第一个参数以及其类型（或作为特殊情况在nil上）上进行调度。

这并不是针对协议本身的限制，而是出于实用选择，以获得底层平台的性能优化。特别是，它意味着协议与 JVM/CLI 接口具有非常简单的映射，这使它们非常快速。事实上，足够快，可以将 Clojure 的那些当前在 Java 或 C# 中编写的部分重写为 Clojure。

从版本 1.0 开始，Clojure 实际上已经拥有协议：Seq 就是一个协议。但是，在 1.2 之前，您无法在 Clojure 中编写协议，而必须在托管语言中编写。