面向对象变成VS函数式编程

FunTester

发布于 2024-05-28 16:41:16

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发布于 2024-05-28 16:41:16

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面向对象编程（OOP）和函数式编程（FP）是软件开发中的两种主要范式。这两种方法都为组织、设计和实现软件系统提供了不同的方法论。虽然面向对象编程几十年来一直是主导范式，但函数式编程近年来获得了巨大的吸引力，这要归功于其处理状态和数据的独特方法。我们将学习研究每种范式的特征，检查它们的优缺点。并用Java来演示两者的差异。

面向对象编程（OOP）

面向对象编程围绕着对象的概念，对象是类的实例。这些对象封装了与特定实体或概念相关的数据（属性）和行为（方法）。对象通过方法调用彼此交互，反映真实世界的关系。

面向对象程序设计原理

OOP的主要原则包括：

类：创建对象的蓝图。它们定义所有实例共有的属性和方法。
对象：具有特定属性值的类的对象。它们代表真实世界的实体或概念。
封装：将数据和对该数据进行操作的方法捆绑在单个单元（类）中，限制直接访问并促进数据完整性。
继承：一个类从另一个类继承属性和行为的能力，促进代码重用，可扩展性和层次结构。
多态性（Polymorphism）：通过统一接口处理各种类型对象的能力，从而实现灵活性和可扩展性。

Java OOP实践

让我们考虑一个简单的Java OOP示例，我们使用OOP原则创建了一个 User 类：

/**
 * 用户类
 */
public class User {

    private double score;

    /**
     * @param init 初始分数
     */
    public User(double init) {
        this.score = init;
    }

    /**
     * 加分
     * @param num
     */
    public void add(double num) {
        this.score += num;
    }

    /**
     * 减分
     * @param num
     */
    public void minus(double num) {
        this.score -= num;
    }

    /**
     * 获取当前分数
     * @return
     */
    public double getScore() {
        return score;
    }

}

这段代码定义了一个 User 类，它有一个私有的 score 属性和相关操作方法。

探索函数式编程（FP）概念

另一方面，函数式编程将计算视为对数学函数的求值，并避免改变状态和可变数据。函数式编程将函数作为主要的构建块。这些函数接受纯输入并产生可预测的输出，而无需修改外部状态。

函数式编程原理

函数式编程的主要原则包括：

不变性：数据一旦创建，就不能修改。函数不是改变状态，而是产生新的数据。
一流的功能：函数被视为一等公民，这意味着它们可以分配给变量，作为参数传递，并从其他函数返回。
引用透明性：函数的结果仅取决于其参数，而不取决于任何可变状态或外部因素。

Java中FP的核心概念

虽然Java主要是面向对象的，但Java 8引入了包含函数概念的功能：

Lambda Expressions：定义匿名函数的简洁方式。
Functional Interfaces：具有单个抽象方法的接口，促进类似函数的行为。
Streams API：提供了一种功能强大的方法来以函数的方式处理集合。

Java函数式实践

让我们用Java实现一个简单的例子，展示函数式编程的概念。让我们使用函数方法来编写计算1到10的偶数平方和的逻辑：

    public static void main(String[] args) {
        int sum = IntStream.range(1, 10).filter(i -> i % 2 == 0).map(f -> f * f).sum();
        System.out.println(sum);
    }

这段代码利用 IntStream 类来生成一个数字流。然后对流进行偶数过滤，使用lambda表达式进行平方，最后减少到平方和。

两者比较

可变性：
- 面向对象编程（OOP）通常涉及可变状态，其中对象可以随时间改变其内部状态。
- 函数式编程（FP）强调不可变性，鼓励一旦创建数据就避免对其进行更改。
组合与继承：
- OOP 依赖于类层次结构和继承来实现代码重用和扩展。
- FP 更倾向于组合而非继承，鼓励从简单函数构建复杂行为。
副作用：
- OOP 代码可能通过在其范围之外修改状态而产生副作用。
- FP 旨在通过将副作用限制在定义良好的边界内来最小化副作用，使程序更可预测且更易于推理。
并发性：
- FP 通过不可变数据和纯函数来促进并发性，这些函数本质上是线程安全的。
- OOP 并发性需要仔细管理共享可变状态，以避免竞态条件和不一致性。
表达力和可读性：
- 由于其强调函数组合和高阶函数，FP 通常会导致更简洁和声明性的代码。
- OOP 可以提供清晰的抽象和对真实世界概念的直观建模，从而增强某些类型问题的可读性。

以下是在各个维度上对比面向对象编程（OOP）和函数式编程（FP）的表格表示：

方面	面向对象程序设计（OOP）	函数式编程（FP）
易变	涉及可变状态和对象。	涉及可变状态和对象。
组合与继承	依赖于类层次结构和继承。	在代码重用方面，更倾向于组合而不是继承。
副作用	通过状态改变产生副作用。	目的是通过纯度来减少副作用。
并发	需要仔细管理共享状态。	通过不可变数据提升并发性。
表达式	提供清晰的抽象和直观的建模。	导致简洁的、声明性的函数代码。