## 定义
 [函数式编程](https://baike.baidu.com/item/%E5%87%BD%E6%95%B0%E5%BC%8F%E7%BC%96%E7%A8%8B/4035031#ref_[1]_1711147)是种编程方式，它将电脑运算视为函数的计算。函数编程语言最重要的基础是λ演算（lambda calculus），而且λ演算的函数可以接受函数当作输入（参数）和输出（返回值）。--百度百科
 


简单说，"函数式编程"是一种"编程范式"（programming paradigm），也就是如何编写程序的方法论。

它属于"结构化编程"的一种，主要思想是把运算过程尽量写成一系列嵌套的函数调用。

函数式编程的核心思想是将程序分解为可重用的函数，这些函数接受一个或多个输入，并返回一个输出，而且这个输出仅取决于其输入，不受任何外部状态的影响。这样的函数称为**纯函数**。函数式编程的另一个重要概念是高阶函数，即接受一个或多个函数作为参数或返回一个函数的函数。

## 特性

### 不可变性
函数式编程中的数据结构不可变，这意味着一旦创建了一个数据结构，就不能更改它。任何对数据结构的更改都会返回一个新的数据结构，而不是修改现有的数据结构。这种不可变性使得程序更容易理解、测试和维护，并且可以减少程序中的错误。

### 延迟计算
在函数式编程中，表达式不会立即被求值，而是在需要时才进行计算。这种特性被称为延迟计算。延迟计算使得程序更加高效，因为它避免了无谓的计算。

### 函数组合
函数式编程中的函数可以组合成更复杂的函数。这种函数组合特性使得程序更加模块化，可读性更高，并且可以更容易地进行重构和修改。

### 递归
递归是函数式编程中的重要特性之一。递归是指一个函数调用自身的过程。在函数式编程中，递归通常被用来代替循环。这是因为循环通常涉及到改变状态的迭代，而递归则不会改变状态，因此更符合不可变特性。

###  高阶函数
在函数式编程中，函数可以作为参数传递给其他函数，也可以作为返回值返回。这种函数可以接受其他函数作为参数或返回另一个函数的特性称为高阶函数特性。高阶函数使得程序更加灵活，可以更容易地进行组合和抽象。

### 无副作用
函数式编程中的函数应该是没有副作用的，也就是说，它们不应该改变输入参数或任何外部状态。函数的目的是计算结果，而不是改变状态。这种无副作用特性可以使得程序更加可靠和可预测，也更容易进行并行化处理。

## 优点
### 可读性高
函数式编程中的代码通常非常清晰、简洁和易于理解。这是因为函数式编程强调函数的组合和复用，避免了重复的代码和状态的改变，使得代码更容易维护和修改。

### 易于测试
函数式编程中的函数是无状态的，也就是说，它们不会改变任何外部状态。这使得测试更加容易，因为测试不需要考虑状态的变化和副作用。此外，由于函数式编程中的函数通常是纯函数，也就是说，它们只是接受输入并产生输出，因此可以轻松地编写单元测试。

### 并行化处理
函数式编程中的代码通常没有副作用，这使得它更容易并行化处理。在并行化处理中，代码可以同时处理多个输入，这可以显著提高程序的性能和效率。

### 模块化
函数式编程中的函数通常很小并且可重用，这使得代码更容易进行模块化。函数的组合和复用可以让代码更易于重构和扩展，也让代码更容易维护。

### 更少的错误
由于函数式编程中的函数是纯函数，也就是说，它们不会改变任何外部状态，因此可以减少由于状态改变而引起的错误。此外，由于函数式编程中的代码通常更加简单和清晰，也可以减少代码中的错误。

### 可移植性
函数式编程中的代码通常独立于特定的操作系统和硬件平台，这使得代码更容易移植到不同的环境中。此外，由于函数式编程中的代码通常更加简单和清晰，也可以减少代码在不同环境中的行为差异。

编程范式 --- 函数式编程

## 引言
**工厂方法模式**是一种创建型设计模式，它定义了一个用于创建对象的接口，但是让子类决定将哪一个类实例化。换句话说，工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。



工厂方法模式有以下几个主要角色：

- 抽象工厂（AbstractFactory）：声明用于创建抽象产品的操作的接口。

- 工厂实现（ConcreteFactory）：实现创建具体产品对象的操作。

- 抽象产品（AbstractProduct）：声明产品对象类型的接口。

- 产品实现（Product）：定义由相应的具体工厂创建的产品对象，实现AbstractProduct接口。

下面使用c#实现一个工厂方法模式：

### 抽象工厂

```csharp
public abstract class Factory
{
    public abstract Product CreateProduct();
}
```
### 工厂实现

```csharp
// 具体工厂类
public class ConcreteFactoryA : Factory
{
    public override Product CreateProduct()
    {
        return new ConcreteProductA();
    }
}

public class ConcreteFactoryB : Factory
{
    public override Product CreateProduct()
    {
        return new ConcreteProductB();
    }
}
```
### 抽象产品

```csharp
// 抽象产品类
public abstract class Product
{
    public abstract void ShowInfo();
}
```
### 产品实现

```csharp
// 具体产品类
public class ConcreteProductA : Product
{
    public override void ShowInfo()
    {
        Console.WriteLine("This is product A.");
    }
}

public class ConcreteProductB : Product
{
    public override void ShowInfo()
    {
        Console.WriteLine("This is product B.");
    }
}
```
下面可以这样调用：

```csharp
 Factory factoryA = new ConcreteFactoryA();
 Product productA = factoryA.CreateProduct();
 productA.ShowInfo();
 
 Factory factoryB = new ConcreteFactoryB();
 Product productB = factoryB.CreateProduct();
 productB.ShowInfo();
```
输出：

```csharp
This is product A.
This is product B.
```


在上面的示例中，`Product` 是抽象产品类，`ConcreteProductA` 和 `ConcreteProductB` 是具体产品类，`Factory` 是抽象工厂类，`ConcreteFactoryA` 和 `ConcreteFactoryB` 是具体工厂类。客户端代码使用工厂类创建产品对象，并调用其方法。

## 总结

当需要添加新的产品时，只需创建一个新的具体产品类，并实现抽象产品类中的抽象方法即可。当需要添加新的工厂时，只需创建一个新的具体工厂类，并实现抽象工厂类中的抽象方法即可。这样，客户端代码就不需要改变。这也是工厂方法模式的一个重要优点，它让代码更加灵活，易于扩展和维护。

重温设计模式 --- 工厂方法模式

## 引言
**备忘录模式**是一种行为型设计模式，它允许你捕获对象的内部状态，并在不暴露其实现细节的情况下将其保存在外部对象中，从而可以在以后的某个时间点将该对象恢复到先前的状态。




备忘录模式有以下几个主要角色：
- **Originator（原发器）**：是需要被保存状态的对象。它可以创建一个Memento对象来存储它的当前状态，并从Memento对象中恢复它之前的状态。

- **Memento（备忘录）**：存储Originator的内部状态。只有Originator可以访问和修改它的状态，外部对象不能访问和修改它。

- **Caretaker（管理者）**：负责保存和恢复Originator的状态。它保存了Originator的历史状态列表，并提供了一个接口来保存和恢复这些状态。


这些角色协同工作，使得Originator对象可以在不暴露其实现细节的情况下保存和恢复其状态。备忘录模式提供了一种灵活的方式，可以在多个时间点保存对象的状态，并可以在以后的某个时间点恢复到任何先前的状态。

下面使用c#实现一个简单备忘录模式：
### 定义原发器类


```csharp
public class Originator
{
    private string state;

    public string State
    {
        get { return state; }
        set 
        { 
            state = value; 
            Console.WriteLine("State set to: " + state); 
        }
    }

    public Memento SaveState()
    {
        return new Memento(state);
    }

    public void RestoreState(Memento memento)
    {
        state = memento.State;
        Console.WriteLine("State restored to: " + state);
    }
}

```

### 定义备忘录

```csharp
public class Memento
{
    private string state;

    public Memento(string stateToSave)
    {
        state = stateToSave;
    }

    public string State
    {
        get { return state; }
    }
}

```

### 定义管理者

```csharp
public class Caretaker
{
    private List<Memento> mementoList = new List<Memento>();

    public void SaveState(Memento state)
    {
        mementoList.Add(state);
    }

    public Memento RestoreState(int stateNumber)
    {
        return mementoList[stateNumber];
    }
}
```
调用代码：

```csharp
Originator originator = new Originator();
Caretaker caretaker = new Caretaker();

originator.State = "State 1";
originator.State = "State 2";
caretaker.SaveState(originator.SaveState());

originator.State = "State 3";
caretaker.SaveState(originator.SaveState());

originator.State = "State 4";
Console.WriteLine("Current state: " + originator.State);

// 恢复到之前的状态
originator.RestoreState(caretaker.RestoreState(1));
Console.WriteLine("Restored state: " + originator.State);
```

输出结果：

```csharp
State set to: State 1
State set to: State 2
State set to: State 3
State set to: State 4
Current state: State 4
State restored to: State 3
Restored state: State 3
```
在这个例子中，`Originator`是一个保存状态的对象，它的状态被保存到`Memento`对象中。`Caretaker`保存了`Originator`的历史状态列表，并提供了保存和恢复这些状态的方法。当需要恢复之前的状态时，`Caretaker`通过调用`RestoreState`方法来获取`Memento`对象，并将其传递给`Originator`的`RestoreState`方法，从而将Originator恢复到之前的状态。

## 结论
备忘录模式的优点是它可以在不暴露对象实现细节的情况下保存和恢复对象的状态。它还允许对象在多个时间点保存它的状态，并恢复到之前的任何时间点。缺点是如果保存的状态非常大，它可能会占用大量的内存。此外，备忘录模式会增加代码的复杂性和开销。

在实际应用中，备忘录模式通常与其他模式一起使用，例如命令模式和状态模式，以实现更复杂的行为。

重温设计模式 --- 备忘录模式

## 引言

**访问者模式**是一种行为型设计模式，它允许你在不修改对象结构的前提下定义作用于这些对象元素的新操作。它主要解决了在不修改已有类的前提下，对已有类中的对象进行新操作的问题。


访问者模式有以下几个主要角色：
- 访问者（Visitor）：访问者角色是一个抽象类或接口，其中定义了访问每个被访问元素时所需要执行的操作。具体访问者角色则实现了访问者接口，并根据需要实现其操作。


- 被访问元素（Element）：被访问元素角色是一个抽象类或接口，其中定义了接受访问者访问的接口。具体的被访问元素角色则实现了被访问元素接口，并实现其方法。

下面使用C#实现一个访问者模式：
### 定义访问者

```csharp
// 访问者接口
interface IVisitor
{
    void Visit(ElementA element);
    void Visit(ElementB element);
}

// 具体访问者1
class ConcreteVisitor1 : IVisitor
{
    public void Visit(ElementA element)
    {
        Console.WriteLine("ConcreteVisitor1 is visiting ElementA");
    }

    public void Visit(ElementB element)
    {
        Console.WriteLine("ConcreteVisitor1 is visiting ElementB");
    }
}

// 具体访问者2
class ConcreteVisitor2 : IVisitor
{
    public void Visit(ElementA element)
    {
        Console.WriteLine("ConcreteVisitor2 is visiting ElementA");
    }

    public void Visit(ElementB element)
    {
        Console.WriteLine("ConcreteVisitor2 is visiting ElementB");
    }
}
```
在上面的示例中，访问者角色由接口`IVisitor`表示，其中定义了`Visit`方法，用于访问被访问元素。具体访问者`ConcreteVisitor1`和`ConcreteVisitor2`则实现了`IVisitor`接口，并根据需要实现了`Visit`方法。
### 定义被访问元素

```csharp
// 被访问元素接口
interface IElement
{
    void Accept(IVisitor visitor);
}

// 具体被访问元素A
class ElementA : IElement
{
    public void Accept(IVisitor visitor)
    {
        visitor.Visit(this);
    }
}

// 具体被访问元素B
class ElementB : IElement
{
    public void Accept(IVisitor visitor)
    {
        visitor.Visit(this);
    }
}
```
被访问元素角色由接口IElement表示，其中定义了Accept方法，用于接受访问者的访问。具体的被访问元素ElementA和ElementB则实现了IElement接口，并实现了Accept方法，其中调用了访问者的Visit方法。

我们可以这样调用：


```csharp
 // 创建被访问元素
 ElementA elementA = new ElementA();
 ElementB elementB = new ElementB();
 
 // 创建访问者
 IVisitor visitor1 = new ConcreteVisitor1();
 IVisitor visitor2 = new ConcreteVisitor2();
 
 // 访问被访问元素
 elementA.Accept(visitor1);
 elementA.Accept(visitor2);
 elementB.Accept(visitor1);
 elementB.Accept(visitor2);
```
输出：

```csharp
ConcreteVisitor1 is visiting ElementA
ConcreteVisitor2 is visiting ElementA
ConcreteVisitor1 is visiting ElementB
ConcreteVisitor2 is visiting ElementB
```

示例中创建了被访问元素ElementA和ElementB，然后创建了访问者visitor1和visitor2。最后，分别调用了被访问元素的Accept方法，以及访问者的Visit方法，完成了访问操作。


:::tip{title="提示"}
需要注意的是，访问者是通过被访问元素的Accept方法进行访问的。因此，在访问者访问一个被访问元素时，该被访问元素会调用访问者的Visit方法，而不是访问者自行调用被访问元素的方法。
:::

## 结论
访问者模式的优点在于，它能够在不修改被访问元素的前提下，定义新的操作。同时，它也符合单一职责原则，因为每个具体的访问者只负责实现一个操作。但是，访问者模式的缺点在于，它增加了系统的复杂度，因为访问者需要了解被访问元素的内部结构，而且在被访问元素的结构发生变化时，需要修改访问者的代码。此外，访问者模式还可能导致循环依赖的问题，因为被访问元素和访问者都需要引用彼此的类。

总的来说，访问者模式是一种灵活的设计模式，可以用于在不修改已有类的前提下，定义新的操作。它的应用场景包括编译器、XML解析器、图形界面组件等需要对对象结构进行操作的系统。

重温设计模式 --- 访问者模式

## 引言

**解释器模式**是一种行为型设计模式，它允许你定义一个语言的文法，并且定义一个解释器来解释该语言中的句子。该模式可以用于编写编译器、计算器、查询语言等应用程序。



解释器模式中有以下三个主要角色：

- **抽象表达式（Abstract Expression）**：它是所有表达式的抽象基类，它声明了一个`Interpret`方法，用于解释表达式。

- **终结符表达式（Terminal Expression**）：它实现了抽象表达式中的 `Interpret`方法，并且代表语言中的终结符（即不再需要解释的元素）。

- **非终结符表达式（Nonterminal Expression）**：它也实现了抽象表达式中的`Interpret`方法，但它代表语言中的非终结符（即需要解释的元素），通常会由多个终结符表达式和/或其他非终结符表达式组合而成。
- **上下文（Content）**：包含解释器的全局信息。

下面使用c#实现一个简单解释器模式：
### 定义抽象表达式类
定义抽象表达式类（AbstractExpression），它包含一个 Interpret 方法，该方法将接受一个 Context 对象，并使用该对象来解释语言中的句子。

```csharp
public abstract class AbstractExpression
{
    public abstract int Interpret(Context context);
}

```

### 定义终结符表达式类
定义终结符表达式类（`TerminalExpression`），它实现了抽象表达式类中的 `Interpret` 方法，并且表示语言中的终结符（即不再需要解释的元素）。在该类中，我们使用 `Context` 对象来获取终结符的值。

```csharp
public class TerminalExpression : AbstractExpression
{
    private string _variable;

    public TerminalExpression(string variable)
    {
        _variable = variable;
    }

    public override int Interpret(Context context)
    {
        return context.GetValue(_variable);
    }
}

```

### 定义非终结符表达式类
定义非终结符表达式类（`NonterminalExpression`），它也实现了抽象表达式类中的 `Interpret` 方法，但它代表语言中的非终结符（即需要解释的元素）。在该类中，我们使用左右两个表达式来计算表达式的值。

```csharp
public class NonterminalExpression : AbstractExpression
{
    private AbstractExpression _leftExpression;
    
    private AbstractExpression _rightExpression;

    public NonterminalExpression(AbstractExpression leftExpression, AbstractExpression rightExpression)
    {
        _leftExpression = leftExpression;
        
        _rightExpression = rightExpression;
    }

    public override int Interpret(Context context)
    {
        int leftValue = _leftExpression.Interpret(context);
        
        int rightValue = _rightExpression.Interpret(context);
        
        return leftValue + rightValue;
    }
}
```

### 定义上下文类

定义一个`Context`类，它保存着当前语言的状态，并且提供一些方法来获取变量的值。

```csharp
public class Context
{
    private Dictionary<string, int> _variables = new Dictionary<string, int>();

    public void SetVariable(string variable, int value)
    {
        _variables[variable] = value;
    }

    public int GetValue(string variable)
    {
        return _variables[variable];
    }
}
```
调用时，构建一个语法树，并且使用 Context 对象来解释句子：


```csharp
Context context = new Context();
context.SetVariable("a", 10);
context.SetVariable("b", 5);
context.SetVariable("c", 15);

AbstractExpression expression = new NonterminalExpression(
    new TerminalExpression("a"),
    new NonterminalExpression(
        new TerminalExpression("b"),
        new TerminalExpression("c")
    )
);

int result = expression.Interpret(context);
Console.WriteLine(result); // 输出：30
```

上面的示例中我们定义了一个简单的语言，它只包含加法运算。我们通过构建一个语法树，并调用解释器来解释语言中的句子，从而实现了解释器模式。

## 结论
解释器模式允许你定义一个语言的语法，并且定义一个解释器来解释该语言中的句子。它可以灵活地扩展语言的语法，只需要添加新的抽象表达式和终止符表达式即可。但是它因为在解释过程中需要对语法树进行遍历，可能会降低程序的性能。