尝试用Python实现消息传递编程风格

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引用 本文站在一个难以名状的角度上研究了 Python 语言中消息发送的编程风格。原文是使用 JavaScript 描述的。文章作者 lichray 只把文章的上篇改成了 Python,因为下篇对于 Python 来说是没有意义的。lichray 是个 ECMAScript 的狂热追随者,mozilla.org 邮件列表里的无名潜水员。
文章中使用了 Python 解释器,行开头有 ">>>" 表示那是输入,输入下一行没有这个标记的表示解释器回馈消息。省略了多余的回馈。
PS: 文章用处不大。

[size=9] 一. 对象和消息
考虑一下我们平常怎么说话的。我们叫某某人做某事,用下面的句式:
forest run!
其中"!"是语气的标志,对于编程语言来说是没有意义的,全部换成".":
forrest run.
不知道如果我告诉大家上面这句话就是 Smalltalk 语言中一个合法语句大家会怎么想。好了,不谈这个。这样我们就得到了一种语法,"宾"谓结构:
ObjectVerb::
	Object Verb.

如果让它支持多个 Verb,比如
forrest run, jump, stop.
可以扩展成这样:
ObjectVerb::
	Object VerbList.
VerbList::
	Verb
	Verb , VerbList

很明显,对于 Python 来说,上面的 BNF 不可能和任何一个产生式匹配。问题出在哪儿?我们要帮 Python 指定,谁是 Object,谁是 Verb。鉴于 Object 只有一个,Verb 有多个,我们可以用括号来区分它们,然后把最后那个句号去掉:
ObjectVerb::
	Object ( VerbList )

这样上面的那句话就变成了下面的形式:
forrest (run, jump, stop)
很像函数调用,是吧?不过还有一个问题,现在这些 Verb(s) 对于 Python 来说是“裸词”(Perl 语),我们可以避开再去定义这些标识符,用字符串代替;最后再说明一下 Object 是什么:
forrest ('run', 'jump', 'stop')
那么现在我们第一个“模仿”自然语言的程序版本出现了,加上下面针对 Python 的文法:
Object::
	Identifier
Verb::
	StringLiteral


二. 实现消息传递
有了文法,一切都好办。看得出来,我们下面的工作是定义能创建一个新 Object 的函数,函数中有一些动作,产生的新 Object 是一个能处理这些消息的函数。创建 Forrest Gump 的函数还可以创建 Tom,Mike 等等;他们都是 People:
def People ():
	def run ():
		print("I'm running!")
	
	def jump ():
		print("I'm jumping!")
	
	def stop ():
		print("I can't stop!")
		
	def _dispatch_ (verb):
		if verb == 'run': run()
		elif verb == 'jump': jump()
		elif verb == 'stop': stop()

	return _dispatch_


当然,我们可以用 lambda 和 eval() 替换显式的 _dispatch_ 函数。需要注意是,使用 eval() 要先保存上层执行环境:
def People ():
	def run ():
		print("I'm running!")
	
	def jump ():
		print("I'm jumping!")
	
	def stop ():
		print("I can't stop!")
		
	local = locals()
	return (lambda verb: eval(verb, globals() ,local)())


Ok。现在我们来试一试这个智商低于 85 的 Forrest Gump 怎么样:
>>> forrest = People()
>>> forrest('run')
I'm running!
>>> forrest('jump')
I'm jumping!
>>> forrest('stop')
I can't stop!
事情就是这样。我们成功地创造了对象,还让他做动作、说话。
不过,这个实现并不是我们上文中最后一个文法所指出的。它不支持连续发送指令。改一改。要加入顺序执行指令的办法:
def People ():
	def run ():
		print("I'm running!")
	
	def jump ():
		print("I'm jumping!")
	
	def stop ():
		print("I can't stop!")
	
	local = locals()
	return lambda *verblist: map((lambda verb: (eval(verb, globals(), local))()), verblist)


这下似乎比较像样了:
>>> forrest = People()
>>> forrest('jump','run','jump','stop')
I'm jumping!
I'm running!
I'm jumping!
I can't stop!

三. 利用消息传递处理状态
什么是状态?我们在进行面向对象编程时,把状态表示为对象的一组数据,我们称之为“属性(property)”。在我们的消息传递编程风格中,可以直接把这些数据堆到产生对象的那个函数中去。下面给 Forrest 加入一个状态,Forrest 口袋里的钱。先得声明原先有多少钱:
forrest = People(1000)
然后,我们希望可以执行这样的代码,让 forrest 支出 200 美元:
forrest('pay', 200)
但很明显,我们无法分清 200 是 Verb 还是 'pay' 所要求的数据。我们只得简化文法,只允许一次发送一个消息,以保全我们的脑细胞:
forrest('pay')(200)
也就是说,我们需要让 forrest('pay') 这一表达式返回一个能改变状态的函数,而不仅仅是调用函数来显示一句话。也就是说,如果我们想让 Forrest 急得跳起来,我们先得跳起来:
forrest('jump')()
新时代的 Forrest 实现如下(省略了一点多余的代码):
def People (money):
	local = locals()
	def pay (dollars):
		local['money'] = local['money'] - dollars
	
	def restMoney ():
		return local['money']
	
	def run ():
		print("I'm running!")
	
	local = locals()
	return lambda verb: eval(verb, globals(), local)


试一下。先支出 200 美元,然后看看他还剩多少钱:
>>> forrest=People(1000)
>>> forrest('restMoney')()
1000
>>> forrest('pay')(200)
>>> forrest('restMoney')()
800
当然,我们的 Forrest 还可以赚钱。下面这个版本比较彻底地说明了消息传递编程风格的一切。可以直接修改钱之后,我们可以不需要在创建 Object 的时候就说明原有多少钱;当然,使用注释中的版本更自然:
def People ():
	# def People (money):
	money = 0  # money = money or 0
	local = locals()
	def setMoney (dollars):
		local['money'] = dollars
	
	def addMoney (dollars):
		local['money'] = local['money'] + dollars
	
	def pay (dollars):
		local['money'] = local['money'] - dollars
	
	def restMoney ():
		return local['money']
	
	local = locals()
	return lambda verb: eval(verb, globals(), local)


试一下吧:
>>> forrest = People()
>>> forrest('addMoney')(1000)
>>> forrest('restMoney')()
1000
>>> forrest('pay')(200)
>>> forrest('restMoney')()
800

四. 小结
消息传递的编程风格指的是,把函数 A 的执行上下文当作对象的数据环境,在此定义对象的动词(函数),然后从此上下文中返回一个可以接受、处理消息的函数(常为匿名)。用函数 A 产生消息处理器作为对象,向此对象传递参数作为消息,以此执行函数 A 环境中定义的动作,这些动作还可能改变所在上下文中用一组数据定义的对象状态。
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