如何使用 F# 實現 Decorator Pattern？

Decorator Pattern 是 OOP 中著名的 Design Pattern，尤其可在不改變 interface 的前提下，動態對原有物件增加功能，F# 既然是 Function First Language，就讓我們以 function 的角度重新實現 Decorator Pattern。

Version

macOS High Sierra 10.13.3

.NET Core SDK 2.1.101

JetBrains Rider 2017.3.1

F# 4.1

User Story

假設你在處理訂單，訂單的折扣方式有兩種

• 超過 1000 元，則 全館八折 再 滿千送百
• 不到 1000 元，則 全館八折

Task

直接使用 FP 的思維完成需求。

Definition

Decorator Pattern

在不改變原有 interface 的前提下，動態增加原有的功能

首先思考 Decorator Pattern 的本質：

1. Component 與 decorator 之間的 interface 必須相同
2. Component 可自由組合 decorator

只要能達到這兩個目標，就算完成了 Decorator Pattern。

OOP 思考方式

• 為了讓 component 與 decorator 的 interface 要相同，所以必須訂出共同的 interface
• 由於 decorator 必須包含原本 component 功能，因此 decorator 必須以 state 方式保存原本 component
• 由於各 decorator 都必須透過 constructor 保存原本 component，因此將共用 constructor 抽出來由 AbstractDecorator 實作

FP 思考方式

• Component 與 decorator 都是 function，不用事先定義 interface，反正只要 interface 不同，在 Pattern Matching 一定會編譯錯誤
• Component 與 decorator 都是 function，既然 interface 都相同，只要是用 Function Composition 產生新的 function 即可

Implementation

PriceDecorator.fs

namespace OrderLibrary

module PriceDecorator =  
    let discountPrice price = price * 0.8
    let rebatePrice price = price - 100.0

以 discountPrice() 表示 全館八折 。

以 rebatePrice() 表示 滿千送百 。

由於 component 與 decorator 基本上都是 double -> double 的型別，可以廣義視為 decorator。

OrderService.fs

namespace OrderLibrary

open PriceDecorator

module OrderService =
    let getPrice price = 
        match (price > 1000.0) with
        | true -> (discountPrice >> rebatePrice) price
        | false -> discountPrice price

根據商業邏輯：

超過 1000 元，則 全館八折 再 滿千送百

因此將 discountPrice() 與 rebatePrice() 以 >> compose 成一個新的 function，就相當於 全館八折 再 滿千送百

在 FP 只要使用 Compose Function，就相當於 OOP 的 Decorator Pattern，在 F# 只需 >> ，但 C# 卻要 interface 與 abstract class 的搭配才能實現

Program.fs

open System
open OrderLibrary

[<EntryPoint>]
let main argv =
    1200.0
    |> OrderService.getPrice
    |> printfn "%f"
    
    800.0
    |> OrderService.getPrice
    |> printfn "%f"
        
    0 // return an integer exit code

將各種 price 以 Pipeline 方式傳給 OrderService.getPrice() 計算，並將結果傳給 printfn() 顯示。

Summary

回想 Decorator Pattern 的本質：

1. Component 與 decorator 之間的 interface 必須相同
2. Component 可自由組合 decorator

由於 component 與 decorator 的 interface 相同，可以廣義視為 decorator，雖然沒有特別定義 interface，但 discountPrice() 與 rebatePrice() 的 signature 都是 double -> double ，若 function 的 signature 不同，在 Pattern Matching 就會編譯錯誤，與原本 Decorator Pattern 定義 interface 的本質相同。

原本 OOP 的 Decorator Pattern 可以透過 new 自由組合 decorator object，但 FP 可透過 >> 自由組合 decorator function，與原本 Decorator Pattern 的自由組合 decorator 本質相同。

Conclusion

• Decorator Pattern 本質就是 object 的組合，但 object 的組合沒 function 簡單直覺，所以才需要搭配 interface 與 abstract class，但若純 function，只要使用 Function Composition 即可簡單完成

Sample Code

完整的範例可以在我的 GitHub 上找到