Study4.TW .NET Conf 2018 - Fp in c#

Introducing Functional Programming in
C#
Kevin Yang, Sam Xiao

• Angular Taiwan、Angular Girls Taiwan 、TypeScript Taiwan 社群管理
者
• Angular 線上讀書會主持人
• Angular/Web GDE (Google Developer Expert) 開發專家
• 微軟最有價值專家(Visual Studio and Development Technologies)。
• 部落格：https://blog.kevinyang.net/
• FB粉絲頁：https://www.facebook.com/CKNotepad/
About Kevin

• Laravel 台中社群小聚 2016 講師
• Community Open Camp 2016 講師
• PHPConf 2016 講師
• COSCUP 2017 講師
• Angular 台北社群小聚 2017 講師
• 微軟最有價值專家(Visual Studio and Development Technologies)
• 部落格：點燈坊
• FB 粉絲頁 : 點燈坊
About Sam

• Introduction
• Definition
• FP 文藝復興
• OOP vs. FP
• C# 對 FP 支援
• 如何學習與導入 FP ?
• Reference
Outline

• FP 是 Paradigm，不是 Pattern 也不是 Framework,
更不是 Language
• 是一種以 Function 為中心的「思考方式」與「程
式風格」
• 有別於目前主流 OOP，比較冷門，但不代表你不認
識他
Introduction

其實我們天天在用的 LINQ，就是 FP

• LINQ 的 IEnumerable 提供了大量的 Operator
• 我們只需為客製化部分提供 Lambda 即可
LINQ
Range(1, 3)
.Select(x => x + 1)
.OrderBy(x => -x)
.ToList()
.ForEach(WriteLine);
4
3
2

• 在數學裡，function 就是 x 與 y = f(x) 的對應關係
• f(x) 結果只與 x 的輸入有關，不會其他任何東西相關
Mathematical Function

• Domain : 所有 x 稱為定義域
• Codomain : 所有可能的 f(x) 稱為對應域
• Range : 所有實際的 f(x) 稱為值域
Mathematical Function

• 將 Mathematical Function 以 code 呈現，稱為 Pure
Function
• Pure Function : function 的結果只與參數有關，不會
與其他任何東西相關
Pure Function
int Foo(int x)
{
return x + 1;
}

• Func() 的結果會與參數以外的資料相關 => 非 Pure
Function
• z 的改變可能影響到其他 function (Side Effect)
• w 的改變可能影響 Func() (Side Effect)
Programming Function
int z = 1;
int w = 0;
int Foo(int x)
{
w = 3;
return 2 * x + z + 3;
}

Debug 大都在釐清 Side Effect

• 修改 Function 外部的變數
• 修改 Function 的 input 參數
• 拋出 Exception
• 處理 I/O
Side Effect

• Function as Data / Higher Order Functions
• No State Mutation
Functional Programming

• First-Class Function
• 能將 Function 指定給變數 (Delegate)
• 能將 Function 傳進 Function (Higher Order Function)
• 能使 Function 回傳 Function (Higher Order Function)
• 能將 Function 存進 Collection
Function as Data

C# 是以 Delegate 為基礎的 FP

• 將 Lambda 指定給 Triple Delegate
• Func<int, string> : 輸入為 int，回傳為 string
能將 Function 指定給變數 (Delegate)
Func<int, int> Triple = x => x * 3;
Range(1, 3)
.Select(Triple)
.OrderBy(x => -x)
.ToList()
9
6
3

• 定義 Triple() Local Function
• Triple() 會自動轉成 Delegate 傳入 Select()
• Select() 為 Higher Order Function
能將 Function 傳進 Function
int Triple(int x) => x * 3;
Range(1, 3)
.Select(Triple)
.OrderBy(x => -x)
.ToList()
9
6
3

• 將 3 也變成參數
• Triple(3) 回傳的是 Function (Delegate)
• Tripe() 為 Higher Order Function
能使 Function 回傳 Function
Func<int, Func<int,int>> Triple = x => y => x * y;
Range(1, 3)
.Select(Triple(3))
.OrderBy(x => -x)
.ToList()
9
6
3

• 使用 Dictionary 實現 Function Factory
能將 Function 存進 Collection
var lut = new Dictionary<char, Func<int, int>> {
{'+', x => x + x},
{'*', x => x * x}
};
Range(1, 3).
.Select(lut[ '*' ])
.ToList()
1
4
9

資料不能修改，只能建立新的
(Immutable)
No State Mutation

Mutable
public class Rectangle
{
public int Length { get; set; }
public int Height { get; set; }
public void Grow(int length, int height)
{
Length += length;
Height += height;
}
}
Rectangle r1 = new Rectangle {
Length = 5, Height = 10
};
r1.Grow(10, 10); 15; 20

Immutable
public class Rectangle
{
public int Length { get; }
public int Height { get; }
public Rectangle(int length, int height)
{
Length = length;
Height = height;
}
public Rectangle Grow(int length, int height)
=> new Rectangle(Length + length, Height + height);
}
Rectangle r1 = new Rectangle(5, 10);
var r2 = r1.Grow(10, 10);
15; 20

• Sort() 直接對 data 做排序，修改原本資料
• Sort() 為 void，無法繼續串下去
Mutable
var data = new List<int> { 3, 2, 1 };
data.Sort();
data.ForEach(WriteLine);
1
2
3

• OrderBy() 沒有宣改原本 data，而是建立新的 data
Immutable
var data = new List<int> { 3, 2, 1 };
data
.OrderBy(item => item)
.ToList()
1
2
3

• 每次執行結果都不一樣 (Race Condition)
Parallel Computation (Mutable)
var data = Range(-10000, 20001).Reverse().ToList();
Action task1 = () => WriteLine(data.Sum());
Action task2 = () => { data.Sort(); WriteLine(data.Sum()); };
Parallel.Invoke(task1, task2);

• 每次執行結果都一樣
• 沒有 Race Condition
Parallel Computation (Immutable)
var data = Range(-10000, 20001).Reverse().ToList();
Action task1 = () => WriteLine(data.Sum());
Action task2 = () => WriteLine(data.OrderBy(x => x).Sum());
Parallel.Invoke(task1, task2);

• 只要加上 AsParallel()，完全無痛升級多核心運算
Parallel Computation (Immutable)
int Triple(int x) => x *3 ;
Range(1, 100)
.AsParallel()
.Select(Triple)
.OrderBy(x => x)
.ToList()

FP 不斷地建立新資料，執行速度 OK 嗎 ?

• Lazy Evaluation : 程式碼不會立即執行，等到有需求時
才執行
• Yield : 避免在 Function 傳遞之間不斷重新建立 Data
Lazy Evaluation 與 Yield

• 需要不斷建立 result，然後回傳，執行效率差
LINQ Select 非 FP 作法
public static IEnumerable<U> Select<T, U>(this
IEnumerable<T> data, Func<T, U> fn)
{
var result = new List<U>();
foreach (var item in list)
{
result.Add(fn(item));
}
return result;
}

• 直到 WriteLine 執行時，才會執行 fn(item) 回傳
LINQ Select FP 作法
public static IEnumerable<U> Select<T, U>(this
IEnumerable<T> data, Func<T, U> fn)
{
foreach (var item in list)
{
yield return fn(item));
}
}

• 單核心無法超越 5GHz，改成多核心設計
• Side Effect 難寫 Unit Test
• OOP 造成 Interface 爆炸
• Reactive Programming 崛起
• 雲端 Stateless (Azure Function / AWS Lambda)
FP 文藝復興

OOP 與 FP 比較表
OOP FP
Encapsulation
Data 與 Logic 包在
class 內
Data 與 Logic 分家
State Mutation Mutable Immutable
Modularity Class Function
Dependency IoC Container Higher Order Function
Loose Coupling Interface Signature

• 1.0
• Delegate
• 3.0
• Func、Action
• Lambda
• LINQ
• Extension Method
• 6.0
• Using Static
• Expression Body
• Getter Only Property
• 7.0 ~ 7.3
• Local Function
• Tuple
• Pattern Matching
• Expression Body
C# 版本進化 - FP 支援度

• Record Type
• 更完整 Pattern Matching
• 更完整 Tuple
C# 8.0

• Step 1 : 多使用 LINQ 處理 Data，少自己硬幹
• Step 2 : 將 Data 與 Function 分離，為 Data 型別寫
Extension Method
• Step 3 : 將 Side Effect 部分隔離在 Data Flow 前後
學習 FP

Functinal Programming in C#
Enrico Buonanno
August, 2017
ISBN : 9781617293955
Manning
• 全書以 C# 6/7 為範例
• 將抽象的概念使用易懂的文字
與圖片介紹
• 手把手建立一個 FP Library，
彌補目前 C# 還沒支援的功能
(Option、Either…)
• 以後端的角度介紹 FP，範例
貼近實務

• OOP x FP
• Pure FP
導入 FP

• Channel 9, Functional Programming in C#
• NDC, Functional Techniques for C#
• NDC, C# 8
• NDC, Logic vs. Side Effects : Functional Godness you
don’t hear about
Reference

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