如何在函数式编程中建模继承关系

Question

面向对象编程范例使用继承来建模遵循泛化-特殊化关系的实体之间的关系。在这里，基类用于封装一组实体的通用（一般）属性和行为，派生类通过添加附加属性和/或添加/修改现有行为来扩展基类。

作为一个新手函数式编程，我需要指导如何在像F#这样的函数式语言中建模这样的关系。

例如，如何最好地建模以下简单情况：

abstract class Tutorial { 
  private String topic;
  abstract public void learn();
}

class VideoTutorial extends Tutorial {
  private float duration;
  public void learn () {
    System.out.println ("Watch Video");
  }
}

class PDFTutorial extends Tutorial {
  private int pageCount;
  public void learn () {
    System.out.println ("Read PDF");
  }
}

然后稍后使用一系列 教程 并调用 learn 来观察多态行为。

- Yelena

Answer 1

在功能设计中，您需要以略微不同的方式思考问题，因此思路不会完全匹配。通常，功能设计更侧重于表示您正在处理的实体的数据类型。在您的情况下，您可以使用判别联合定义TutorialKind，它可以是视频或PDF，然后Tutorial将是由种类和主题组成的记录：

type TutorialKind = 
  | VideoTutorial of duration:float
  | PDFTutorial of pageCount:int

type Tutorial = 
  { Kind : TutorialKind
    Topic : string }

注意，这只保留有关教程数据的信息。任何功能都可以在模式匹配的函数中实现，以匹配教程的种类：

let learn tutorial = 
  match tutorial.Kind with
  | VideoTutorial _ -> printfn "Watch video"
  | PDFTutorial _ -> printfn "Read PDF"

请确认翻译是否正确：

请注意，这种可扩展性与OO版本不同。在OO中，您可以轻松地添加新的子类；而在这里，您可以轻松地添加新的函数。实际上，功能人员通常对这种变化感到满意，但F#是一种混合语言，如果需要“面向对象的可扩展性”，则可以轻松使用接口。

- Tomas Petricek

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谢谢，现在我明白了思维过程的变化。但是采用这种方法，是否意味着如果我以后想要添加AudioTutorial，我需要修改两种类型以及learn函数。请指导我，面向对象的方法是否更适合这种情况。 - Yelena

@S.Singh - 是的，这意味着如果您想添加 AudioTutorial，则需要修改 TutorialKind 类型和 learn 函数。但是，如果您想添加执行教程其他操作的函数，则只需要编写一个函数（而不是修改所有类，在面向对象编程中必须这样做）。因此，透视角度的变化可以双向工作... 在 F# 中，函数式风格是一个很好的默认选择，但如果您正在构建具有插件的东西并且确实需要 OO 类型的可扩展性，则可以使用 OO 和接口。 - Tomas Petricek

是的，要添加新类型的教程，您确实需要修改该类型及所有与其配合的函数。另一方面，在C#中，要添加新的操作，您确实需要修改每个现有类型。通常认为，编程语言很难同时具备这两种方式。这个问题非常普遍，它有自己的名字——表达式问题。C#只解决了问题的一半，而F#则解决了两个问题，但不能同时解决。 - Fyodor Soikin

@FyodorSoikin - 你能解释一下“F#可以同时解决这两个问题，但不能同时解决”吗？这是指语言的混合特性，我们可以用函数式方式或面向对象的方式来建模数据吗？ - Yelena

是的，在F#中，您可以使用类和接口来建模您的领域，也可以使用判别联合来建模。前者为添加新类型提供了简单的方法，后者则为添加新操作提供了简单的方法。但是您不能同时使用两种建模方式。 - Fyodor Soikin