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【函数式】Monads模式初探——for解析式

for表达式是monad语法糖

先看一组示例：

caseclassPerson(name: String, isMale: Boolean, children: Person*)  vallara = Person("Lara",false) valbob = Person("Bob",true) valjulie = Person("Julie",false, lara, bob) valpersons = List(lara, bob, julie)  println(  persons filter (p => !p.isMale) flatMap (p =>  (p.children map (c => (p.name, c.name)))) )  println( for(p <- persons;if!p.isMale; c <- p.children) yield(p.name, c.name) ) // output is // List((Julie,Lara), (Julie,Bob))

Person类包含了人员名称，是否是男性，以及他的孩子的字段。代码的意义是找出列表中所有的妈妈和孩子结对的名称。分别使用了map、flatMap、filter的方式进行查询，还使用了for表达式完成，得到相同的结果。

实际上， Scala编译器能够把所有使用yield产生结果的for表达式转移为高阶方法map、flatMap及filter的组合调用。所有的不带yield的for循环都会被转移为仅对filter和佛reach的调用。

for表达式说明

for表达式形式如下：

for (seq) yield expr

这里，seq由生成器、定义及过滤器组成序列，以分号隔开。如果在for表达式中用花括号代替小括号包围表达式序列，那么分号是可选的。

比如下面的示例：

for(p <- persons; n = p.name;if(n startsWith"To")) yieldn  for{  p <- persons //生成器  n = p.name //定义 if(n startsWith"To")//过滤器 } yieldn

生成器的形式为 patten <- expression ，表达式expression典型的返回值是列表，不过它可以泛化。模式pattern一一匹配列表里的所有元素。如果匹配成功，模式中的变量将绑定元素的相应成分。但即使匹配失败也不会抛出MatchError，而只是在迭代中丢弃这个元素罢了。

所有的for表达式都以生成器开始。如果for表达式中有若干生成器，那么后面的生成器比前面的变化的更快。

for表达式的转译

对于每一个Monad来说，都支持for表达式，而每个for表达式都可以用三个高阶函数map、flatMap及filter表达。

基本的转译方式

带一个生成器的for表达式
for (x <- expr1) yield expr2 转译为 expr1.map(x => expr2)
以生成器和过滤器开始的for表达式
for (x <- expr1 if expr2) yield expr3
第一个表达式可以转译成 for (x <- expr1 filter (x => expr2)) yield expr3
以两个生成器开始的for表达式
for (x <- expr1; y <- expr2; seq) yield expr3
假设seq是任意序列的生成器、定义及过滤器，也可能为空。两个生成器被转译为flatMap的应用：
expr1.flatMap(x => for (y <- expr2; seq) yield expr3 )
这就生成了另一个传递给flatMap的函数值形式的for表达式。

再举个例子：

// 第一步转译 for(n <- ns;  o <- os;  p <- ps) yieldn*o*p // 第二步转译 ns flatMap {n => for(o <- os;  p <- ps) yieldn*o*p} // 第三步转译 ns flatMap { n =>  os flatMap { o => for(p <- ps) yieldn*o*p}} // 第四步转译 ns flatMap {n =>  os flatMap {o =>  {ps map {p => n*o*p}}}}

转译for循环

for表达式也有一个命令式(imperative)的版本，用于那些你只调用一个函数，不返回任何值而仅仅执行了副作用，这个版本去掉了yield声明。

for循环的转译版本只需用到foreach， for (x <- expr1) body ，转译为 expr1 foreach (x => body) 。

更大的例子是， for (x <- expr1; if expr2; y <- expr3) body 。它将被转译为：

expr1 filter (x => expr2) foreach(x =>  expr3 foreach(y => body))

foreach依然可以使用map来实现：

class M[A] {  def map[B](f: A => B): M[B] = ...  def flatMap[B](f: A => M[B]): M[B] = ...  def foreach[B](f: A => B): Unit = {  map(f)  ()  } }

foreach可以通过调用map并丢掉结果来实现。不过这么做运行效率不高，所以scala允许你用自己的方式定义foreach。

转译定义

如果for表达式中内嵌定义，如 for (x <- expr1; y = expr2; seq) yield expr3 。

那么将转译为 for ((x, y) <- for (x <- expr1) yield (x, expr2); seq) yield expr3 。

这里每次产生新的x值的时候，expr2都被重新计算。所以这可能会浪费计算资源，造成重复计算。

比如下面的例子和更好的写法：

for(x <-1to100; y = expensiveComputationNotInvolvingX) yieldx*y  // better code valy = expensiveComputationNotInvolvingX for(x <-1to1000)yieldx*y

生成器中的模式

如果生成器的左侧是模式pat而不是简单变量，那么转译方法将变得复杂很多。

绑定变量元组

for ((x1, ..., xn) <- expr1) yield expr2

转译为：

expr1.map {case (x1, ..., xn) => expr2}

任意模式

for (pat <- expr1) yield expr2

转译为：

expr1 filter { casepat =>true case_ =>false } map { casepat => expr2 }

即，生成的条目首先经过过滤并且仅有那些匹配与pat的才会被映射。因此，这保证了模式匹配生成器不会抛出MatchError。

小结

因为for表达式的转译仅依赖于map、flatMap和filter的搭配，所以可以吧for表达式应用于大批数据类型（这些数据类型可以用Monad来描述和概括）上。

除了列表、数组之外，Scala标准库中还有许多其他类型支持四种方法（map、flatMap、filter、foreach），从而允许for表达式存在。同样，如果你自己的数据类型定义了需要的方法也可以完美支持for表达式。如果只定义map、flatMap、filter、foreach这些方法的子集，从而部分支持for表达式或循环。

规则如下：