函数式编程的利器：Applicative（应用函子）全方位解析

2023-11-19 04:35:15







在软件开发领域，函数式编程范式因其简洁、优雅以及代码可维护性强等优点而广受追捧。其中，Applicative（应用函子）作为函数式编程的一个重要概念，更是凭借其酷炫的特性和广泛的实用性备受推崇。本文将从工程视角对Applicative进行深入分析，在阐述其概念的同时结合实际案例进行实战演练。

## Applicative概述

Applicative本质上是一种类型，它包含两个操作：

* `pure`：将一个值包装成一个Applicative对象。
* `ap`：将一个Applicative对象应用于另一个Applicative对象或一个函数。

Applicative可以用来组合函数，而不需要显式地传递参数。这使得代码更加简洁和易于阅读。

## Applicative的特性

Applicative具有几个重要的特性：

* **恒等律** ：将一个Applicative对象应用于`pure`函数产生的结果与原Applicative对象相同。
* **结合律** ：将两个Applicative对象应用于同一个函数，其结果与先将其中一个Applicative对象应用于另一个Applicative对象，然后再将结果应用于函数的结果相同。
* **右分配律** ：将一个Applicative对象应用于两个函数，其结果与将Applicative对象先应用于其中一个函数，然后再将结果应用于另一个函数的结果相同。

这些特性使得Applicative在函数式编程中非常有用。

## Applicative的应用

Applicative可以用于各种不同的任务，包括：

* 组合函数
* 处理错误
* 并发编程

在Swift中，可以使用`Result`和`Optional`类型来实现Applicative。

### 使用Result类型实现Applicative

`Result`类型是一个枚举类型，它可以表示一个成功的结果或一个错误的结果。我们可以使用`Result`类型来实现Applicative，如下所示：

```swift
enum Result<T, E> {
  case success(T)
  case failure(E)
}

extension Result: Applicative {
  static func pure<T>(_ value: T) -> Result<T, E> {
    return .success(value)
  }

  func ap<U>(_ f: Result<(T) -> U, E>) -> Result<U, E> {
    switch self {
    case .success(let value):
      switch f {
      case .success(let f):
        return .success(f(value))
      case .failure(let error):
        return .failure(error)
      }
    case .failure(let error):
      return .failure(error)
    }
  }
}

使用Optional类型实现Applicative

Optional类型是一个枚举类型，它可以表示一个值或一个空值。我们可以使用Optional类型来实现Applicative，如下所示：

enum Optional<T>: Applicative {
  case none
  case some(T)

  static func pure<T>(_ value: T) -> Optional<T> {
    return .some(value)
  }

  func ap<U>(_ f: Optional<(T) -> U>) -> Optional<U> {
    switch self {
    case .none:
      return .none
    case .some(let value):
      switch f {
      case .none:
        return .none
      case .some(let f):
        return .some(f(value))
      }
    }
  }
}