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本篇我们继续讨论从一个使用Combine方法的computation expression中返回多值。
前面的故事
到现在为止，我们的表达式建造（builder）类如下
type TraceBuilder() = member this.Bind(m, f) = match m with | None -> printfn "Binding with None. Exiting." | Some a -> printfn "Binding with Some(%A). Continuing" a Option.bind f m member this.Return(x) = printfn "Returning a unwrapped %A as an option" x Some x member this.ReturnFrom(m) = printfn "Returning an option (%A) directly" m m member this.Zero() = printfn "Zero" None member this.Yield(x) = printfn "Yield an unwrapped %A as an option" x Some x member this.YieldFrom(m) = printfn "Yield an option (%A) directly" m m // make an instance of the workflow let trace = new TraceBuilder()
这个类到现在工作正常。但是，我们即将看到一个问题
两个‘yield’带来的问题
之前，我们看到yield可以像return一样返回值。
通常来说，yield不会只使用一次，而是使用多次，以便在一个过程中的不同阶段返回多个值，如枚举（enumeration）。如下代码所示
trace { yield 1 yield 2 } |> printfn "Result for yield then yield: %A"
但是运行这段代码，我们获得一个错误
This control construct may only be used if the computation expression builder defines a 'Combine' method.
并且如果你使用return来代替yield，你会获得同样的错误
trace { return 1 return 2 } |> printfn "Result for return then return: %A"
在其他上下文中，也同样会有这个错误，比如我们想在做某事后返回一个值，如下代码
trace { if true then printfn "hello" return 1 } |> printfn "Result for if then return: %A"
我们会获得同样的错误。
理解这个问题
那这里该怎么办呢？
为了帮助理解，我们回到computation expression的后台视角，我们能看到return和yield是一系列计算的最后一步，就比如
Bind(1,fun x -> Bind(2,fun y -> Bind(x + y,fun z ->
Return(z) // or Yield
可以将return（或yield）看成是对行首缩进的复位，那样当我们再次return/yield时，我们可以这么写代码
Bind(1,fun x -> Bind(2,fun y -> Bind(x + y,fun z -> Yield(z) // start a new expression Bind(3,fun w -> Bind(4,fun u -> Bind(w + u,fun v -> Yield(v)
然而这段代码可以被简化成
let value1 = some expression let value2 = some other expression
也就是说，我们在computation expression中有两个值，现在问题很明显，如何让这两个值结合成一个值作为整个computation expression的返回结果？
这是一个关键点。对单个computation expression，return和yield不提前返回。Computation expression的每个部分总是被计算——不会有短路。如果我们想短路并提前返回，我们必须写代码来实现。
回到刚才提出的问题。我们有两个表达式，这两个表达式有两个结果值：如何将多个值结合到一个值里面？
介绍"Combine"
上面问题的答案就是使用“combine”方法，这个方法输入参数为两个包装类型值，然后将这两个值结合生成另外一个包装值。
在我们的例子中，我们使用int option，故一个简单的实现就是将数字加起来。每个参数是一个option类型，需要考虑四种情况，代码如下
type TraceBuilder() = // other members as before member this.Combine (a,b) = match a,b with | Some a', Some b' -> printfn "combining %A and %A" a' b' Some (a' + b') | Some a', None -> printfn "combining %A with None" a' Some a' | None, Some b' -> printfn "combining None with %A" b' Some b' | None, None -> printfn "combining None with None" None // make a new instance let trace = new TraceBuilder()
运行测试代码
trace { yield 1 yield 2 } |> printfn "Result for yield then yield: %A"
然而，这次却获得了一个不同的错误
This control construct may only be used if the computation expression builder defines a 'Delay' method
Delay方法类似一个钩子，使computation expression延迟计算，直到需要用到其值时才进行计算。一会我们将讨论这其中的细节。现在，我们创建一个默认实现
type TraceBuilder() = // other members as before member this.Delay(f) = printfn "Delay" f() // make a new instance let trace = new TraceBuilder()
再次运行测试代码
trace { yield 1 yield 2 } |> printfn "Result for yield then yield: %A"
最后我们获得结果如下
Delay Yield an unwrapped 1 as an option Delay Yield an unwrapped 2 as an option combining 1 and 2 Result for yield then yield: Some 3
整个工作流的结果为所有yield的和，即3。
如果在工作流中发生一个“错误”（例如，None），那第二个yield不发生，总的结果为Some 1
trace { yield 1 let! x = None yield 2 } |> printfn "Result for yield then None: %A"
使用三个yield
trace { yield 1 yield 2 yield 3 } |> printfn "Result for yield x 3: %A"
结果如期望，为Some 6
我们甚至可以混用yield和return。除了语法不同，结果是相同的
trace { yield 1 return 2 } |> printfn "Result for yield then return: %A" trace { return 1 return 2 } |> printfn "Result for return then return: %A"
使用Combine实现顺序产生结果
将数值加起来不是yield真正的目的，尽管你也可以使用yield类似地将字符串连接起来，就像StringBuilder一样。
yield更一般地是用来顺序产生结果，现在我们已经知道Combine，我们可以使用Combine和Delay方法来扩展“ListBuilder”工作流
- Combine方法是连接list
- Delay方法使用默认的实现
整个建造类如下
type ListBuilder() = member this.Bind(m, f) = m |> List.collect f member this.Zero() = printfn "Zero" [] member this.Yield(x) = printfn "Yield an unwrapped %A as a list" x [x] member this.YieldFrom(m) = printfn "Yield a list (%A) directly" m m member this.For(m,f) = printfn "For %A" m this.Bind(m,f) member this.Combine (a,b) = printfn "combining %A and %A" a b List.concat [a;b] member this.Delay(f) = printfn "Delay" f() // make an instance of the workflow let listbuilder = new ListBuilder()
下面使用它的代码
listbuilder { yield 1 yield 2 } |> printfn "Result for yield then yield: %A" listbuilder { yield 1 yield! [2;3] } |> printfn "Result for yield then yield! : %A"
以下是一个更为复杂的例子，这个例子使用了for循环和一些yield
listbuilder { for i in ["red";"blue"] do yield i for j in ["hat";"tie"] do yield! [i + " " + j;"-"] } |> printfn "Result for for..in..do : %A"
然后结果为
["red"; "red hat"; "-"; "red tie"; "-"; "blue"; "blue hat"; "-"; "blue tie"; "-"]
可以看到，结合for..in..do和yield，我们已经很接近内建的seq表达式语法了（当然，除了不像seq那样的延迟特性）。
我强烈建议你再回味一下以上那些内容，直到非常清楚在那些语法的背后发生了什么。正如你在上面的例子中看到的一样，你创造性地可以使用yeild产生各种不规则list，而不仅仅是简单的list
说明：如果想知道while，我们将延后一些，直到我们在下一篇中讲完了Delay之后再来讨论while。
"Combine"处理顺序
Combine方法只有两个输入参数，那如果组合多个两个的值呢？例如，下面代码组合4个值
listbuilder { yield 1 yield 2 yield 3 yield 4 } |> printfn "Result for yield x 4: %A"
如果你看输出，你将会知道是成对地组合值
combining [3] and [4] combining [2] and [3; 4] combining [1] and [2; 3; 4] Result for yield x 4: [1; 2; 3; 4]
更准确地说，它们是从最后一个值开始，向后被组合起来。“3”和“4”组合，结果再与“2”组合，如此类推。
无序的Combine
在之前的第二个有问题的例子中，表达式是无序的，我们只是让两个独立的表达式处于同一行中
trace { if true then printfn "hello" //expression 1 return 1 //expression 2 } |> printfn "Result for combine: %A"
此时，如何组合组合表达式？
有很多通用的方法，具体是哪种方法还依赖于工作流想实现什么目的。
为有“success”或“failure”的工作流实现combine
如果工作流有“success”或者“failure”的概念，则一个标准的方法是：
- 如果第一个表达式“succeeds”（执行成功），则使用表达式的值
- 否则，使用第二个表达式的值
在本例中，我们通常对Zero使用“failure”值。
在将一系列的“or else”表达式链接起来时，这个方法非常有用，第一个成功的表达式的值将成为整体的返回值。
if (do first expression) or else (do second expression) or else (do third expression)
例如对maybe工作流，如果第一个表达式结果是Some，则返回第一个表达式的值，否则返回第二个表达式的值，如下所示
type TraceBuilder() = // other members as before member this.Zero() = printfn "Zero" None // failure member this.Combine (a,b) = printfn "Combining %A with %A" a b match a with | Some _ -> a // a succeeds -- use it | None -> b // a fails -- use b instead // make a new instance let trace = new TraceBuilder()
例子：解析
试试一个有解析功能的例子，其实现如下
type IntOrBool = I of int | B of bool let parseInt s = match System.Int32.TryParse(s) with | true,i -> Some (I i) | false,_ -> None let parseBool s = match System.Boolean.TryParse(s) with | true,i -> Some (B i) | false,_ -> None trace { return! parseBool "42" // fails return! parseInt "42" } |> printfn "Result for parsing: %A"
结果如下
Some (I 42)
可以看到第一个return！表达式结果为None，它被忽略掉，所以整个表达式结果为第二个表达式的值，Some (I 42)
例子：查字典
在这个例子中，我们在一些字典中查询一些键，并在找到对应的值的时候返回
let map1 = [ ("1","One"); ("2","Two") ] |> Map.ofList let map2 = [ ("A","Alice"); ("B","Bob") ] |> Map.ofList trace { return! map1.TryFind "A" return! map2.TryFind "A" } |> printfn "Result for map lookup: %A"
结果如下
Result for map lookup: Some "Alice"
可以看到，第一个查询结果为None，它被忽略掉，故整个语句结果为第二次查询结果值
从上面的讨论可见，这个技术在解析或者计算一系列操作（可能不成功）时非常方便。
为带有顺序步骤的工作流实现“combine”
如果工作流的操作步骤是顺序的，那整体的结果就是最后一步的值，而前面步骤的计算仅是为了获得边界效应（副作用，如改变某些变量的值）。
通常在F#中，顺序步骤可能会写成这样
do some expression do some other expression final expression
或者使用分号语法，即
some expression; some other expression; final expression
在普通的F#语句中，最后一个表达式除外的每个表达式的计算结果值均为unit。
Computation expression的等效顺序操作是将每个表达式（最后一个表达式除外）看成一个unit的包装类型值，然后将这个值传入下一个表达式，如此类推，直到最后一个表达式。
这就跟bind所做的事情差不多，所以最简单的实现就是再次利用Bind方法。当然，这里Zero就是unit的包装值
type TraceBuilder() = // other members as before member this.Zero() = printfn "Zero" this.Return () // unit not None member this.Combine (a,b) = printfn "Combining %A with %A" a b this.Bind( a, fun ()-> b ) // make a new instance let trace = new TraceBuilder()
与普通的bind不同的是，这个continuation有一个unit类型的输入，然后计算b。这反过来要求a是WrapperType<unit>类型，或者更具体地，如我们这里例子中的unit option
以下是一个顺序过程的例子，实现了Combine
trace { if true then printfn "hello......." if false then printfn ".......world" return 1 } |> printfn "Result for sequential combine: %A"
输出结果为
hello....... Zero Returning a unwrapped <null> as an option Zero Returning a unwrapped <null> as an option Returning a unwrapped 1 as an option Combining Some null with Some 1 Combining Some null with Some 1 Result for sequential combine: Some 1
注意整个语句的结果是最后一个表达式的值。
为创建数据结构的工作流实现“combine”
最后，还有一个工作流的常见模式是创建数据结构。在这种情况下，Combine应该合并两个数据结构，并且如果需要的话（如果可能），Zero方法应该创建一个空数据结构。
在前面的“list builder”例子中，我们使用的就是这个方法。Combine结合两个列表，并且Zero是空列表。
混合“Combine”与“Zero”的说明
我们已经看到关于option类型的两种不同的Combine实现。
- 第一个使用options指示“success/failure”，第一个成功的表达式结果即为最终的结果值，在这个情况下，Zero被定义成None。
- 第二个是顺序步骤操作的例子，在这种情况下，Zero被定义成Some ()
两种情况均能良好的工作，但是这两个例子是否只是侥幸能正常工作？有没有关于正确实现Combine和Zero的指导说明？
首先，如果输入参数交换位置，Combine不必返回相同的结果值，即，Combine(a,b)和Combine(b,a)不需要相同。“list builder”就是一个很好的例子
另外，把Zero与Combine连接起来是很有用的。
规则：Combine(a,Zero)应该与Combine(Zero,a)相同，而Combine(Zero,a)应该与a相同。
为了使用算法的类比，你可以把Combine看成加法（这不是一个差劲的类比——它确实将两个值相加）。当然，Zero就是数字0，故上面的这条规则可以表述成：
规则：a+0与0+a相同，与a相同，而+表示Combine，0表示Zero。
如果你观察有关option类型的第一个Combine实现（“success/failure”），你会发现它确实与这条规则符合，第二个实现（“bind” with Some()）也是如此。
另外一方面，如果我们已经使用“bind”来实现Combine，将Zero定义成None，则它不遵循这个规则，这意味着我们已经碰到一些错误。
不带bind的“Combine”
关于其他的builder方法，如果不需要它们，则不必实现这些方法。故对一个严格顺序的工作流而言，可以简单地创建一个包含Combine、Zero和Yield方法的建造类（builder class），也就是，不用实现Bind和Return。
以下是一个最简单的实现
type TraceBuilder() = member this.ReturnFrom(x) = x member this.Zero() = Some () member this.Combine (a,b) = a |> Option.bind (fun ()-> b ) member this.Delay(f) = f() // make an instance of the workflow let trace = new TraceBuilder()
使用方法如下
trace { if true then printfn "hello......." if false then printfn ".......world" return! Some 1 } |> printfn "Result for minimal combine: %A"
类似地，如果你有一个面向数据结构的工作流，可以只实现Combine和其他一些帮助方法。例如，以下为一个list builder类的简单实现
type ListBuilder() = member this.Yield(x) = [x] member this.For(m,f) = m |> List.collect f member this.Combine (a,b) = List.concat [a;b] member this.Delay(f) = f() // make an instance of the workflow let listbuilder = new ListBuilder()
尽管这是最简单的实现，我们依然可以如下写使用代码
listbuilder { yield 1 yield 2 } |> printfn "Result: %A" listbuilder { for i in [1..5] do yield i + 2 yield 42 } |> printfn "Result: %A"
独立的Combine函数
在上一篇中，我们看到“bind”函数通常被当成一个独立函数来使用，并用操作符 >>= 来表示。
Combine函数亦是如此，常被当成一个独立函数来使用。跟bind不同的是，Combine没有一个标准符号——它可以变化，取决于combine函数的用途。
一个符号化的combination操作通常写成 ++ 或者 <+>。我们之前对options使用的“左倾”的combination（即，如果第一个表达式失败，则只执行第二个表达式）有时候写成 <++。
以下是一个关于options的独立的左倾combination，跟上面那个查询字典的例子类似。
module StandaloneCombine = let combine a b = match a with | Some _ -> a // a succeeds -- use it | None -> b // a fails -- use b instead // create an infix version let ( <++ ) = combine let map1 = [ ("1","One"); ("2","Two") ] |> Map.ofList let map2 = [ ("A","Alice"); ("B","Bob") ] |> Map.ofList let result = (map1.TryFind "A") <++ (map1.TryFind "B") <++ (map2.TryFind "A") <++ (map2.TryFind "B") |> printfn "Result of adding options is: %A"
总结
这篇文章中我们学到Combine的哪些内容？
- 如果在一个computation expression中需要combine或者“add”不止一个的包装类型值，则需要实现Combine（和Delay）
- Combine方法从后往前地将值成对地结合起来
- 没有一个通用的Combine实现能处理所有情况——需要根据工作流具体的需要定义不同的Combine实现
- 有将Combine关系到Zero的敏感规则
- Combine不依赖Bind的实现
- Combine可以被当成一个独立的函数暴露出来
下一篇中，当计算内部的表达式时，我们增加一些逻辑控制，并引入正确的短路和延迟计算。