CQS设计原理问题:队列的实现

Question

我创建这个问题是基于我在对这个问题的答案：设计一个返回值或更改某些数据的方法，但不能同时更改两者的评论中进行的一个小小的讨论。

@Kata指出OP感兴趣的模式称为命令-查询分离，并认为这是构建代码的一个很好的模型。

来自维基百科

命令-查询分离(CQS)是命令式计算机编程的一项原则.它是由Bertrand设计的，这是他在埃菲尔编程语言方面的开创性工作的一部分。 它指出，每个方法要么是执行操作的命令，要么是将数据返回给调用者的查询，而不是两者都返回。换句话说，问一个问题不应该改变答案。1更正式地说，方法只有在引用透明并因此没有副作用的情况下才能返回值。

我对这个设计原则的可靠性提出了质疑，因为一般来说，它会使您的代码变得更加乏味。例如:您不能执行像next =Queue.Dequeue()这样的简单语句；需要两个指令:一个用于修改数据结构，另一个用于读取结果。

@Kata找到了一种替代的Stack实现，乍一看似乎满足了这两个世界的最佳条件:从函数式编程中获取一个页面，我们将我们的Stack定义为一个不变的数据结构。每当我们推送(X)时，我们就创建一个新的Stack节点，它保存值x，并维护一个指向旧instance实例的指针。每当我们弹出()时，我们只返回指向下一个Stack实例的指针。因此，我们可以坚持命令-查询分离原则。

示例堆栈实现：https://fsharpforfunandprofit.com/posts/stack-based-calculator/

但是，在这种情况下还不清楚的是，如何保持对堆栈的多个引用保持同步，同时仍然坚持命令-查询分离原则？我看不出有什么明显的解决办法。因此，出于好奇，我向社区提出了这个问题，看看我们是否能找到令人满意的解决办法:)

编辑:下面是问题的一个例子：

s = new Stack();
s2 = s
...
s = s.push(x);
assert(s == s2); // this will fail

Answer 1

在函数式编程(，FP)风格中，我们通常设计我们的函数，这样就不需要保持这些引用保持同步。

考虑以下情况:创建堆栈s，将其注入Client对象，然后将项推送到s并获得新的堆栈s2

s = new Stack()
client = new Client(s)
s2 = s.push(...)

因为s和s2不同步(即它们是不同的堆栈)，所以在对象client中，它仍然看到堆栈(s)的旧版本，这是您不想要的。这是Client的代码

class Client {
    private Stack stack;
    // other properties
    public Client(Stack stack) { this.stack = stack; }
    public SomeType foo(/*some parameters*/) {
        // access this.stack
    }
}

为了解决这个问题，函数方法不使用这样的隐式引用，而是将引用作为显式参数传递到函数中：

class Client {
    // some properties
    public SomeType foo(Stack stack, /*some parameters*/) {
        // access stack
    }
}

当然，有时这会很痛苦，因为函数现在有一个额外的参数。Client的每个调用方都必须维护一个堆栈，以便调用foo函数。这就是为什么在FP中，您倾向于看到比OOP中参数更多的函数。

但是FP有一个可以减轻这种痛苦的概念:所谓的部分适用。如果已经有了堆栈s，则可以编写client.foo(s)以获得foo的“升级”版本，该版本不需要堆栈，但只需要其他some parameters。然后，您可以将升级的foo函数传递给不维护任何堆栈的接收方。

然而，值得一提的是，有些人认为这种痛苦实际上是有帮助的。例如，Scott在他的文章依赖注入的功能方法中

当然，缺点是这个函数现在有五个额外的参数，这看起来很痛苦。(当然，OO版本中的等效方法也有这五个依赖项，但它们是隐式的)。 在我看来，这种痛苦其实是有帮助的！有了OO风格的接口，随着时间的推移，它们自然会产生结块。但是，有了这样的显式参数，就有了一种自然的抑制因素--有太多的依赖！对诸如接口隔离原则这样的指导方针的需要大大减少了。

此外，马克·西曼( Mark ) --这本书的作者--在依赖排斥上有一个有趣的系列。

如果您不能忍受这种痛苦，那么只需打破CQS，回到传统的Stack实现。毕竟，如果一个函数(如pop/dequeue)是众所周知的，并且清楚地知道它既返回了一些东西，又改变了它的内部数据，那么违反CQS并不是那么糟糕。

即使在这种情况下，一些FP语言也提供了消息传递机制，这样就可以以不编写代码变异数据的方式实现可变堆栈(例如，使用赋值符号的代码)。MailboxProcessor in F#就是这样一种机制。

希望这会有所帮助:)

Answer 2

由于函数的设计，需要返回反映上下文的状态。

这允许您区分成功和失败，以及潜在的其他信息，如果您在下面的最小方代码中为bool补充了DequeueResult。

让Dequeue =函数bool(结果)

如果校长== Null回来..。返回真

更符合CQS的内容可能是

让Dequeue =函数Node()返回头

但是需要Head有一个特殊的Node.Null值来尝试区分失败和争用。

返回一个DequeueResult可能会更好，您可以在结果中更多地说明故障。