Лаба 15 — Функціональне програмування у C#

Мета

Зрозуміти, як у C# методи можна передавати як значення — зберігати у змінних, передавати в параметри, комбінувати між собою. Навчитися будувати гнучкий код через Func<>, Action<>, замикання та методи розширення.

Контекст

Відкрийте будь-який менеджер у проєкті — AppointmentManager, AnalyticsManager — і знайдіть місця, де фільтруються прийоми: умови написані безпосередньо всередині методу. Потрібна нова умова — треба змінити метод або написати новий.

Проблема: логіка, що змінюється, захардкоджена всередині логіки, що не змінюється. Рішення — зробити умову параметром: замість умови всередині методу передати Func<Appointment, bool> predicate ззовні. Саме так влаштований .Where() у LINQ: він не знає вашу умову заздалегідь — він отримує її як параметр.

Структура проєкту на початку лаби

Це результат Лаби 14 — стан main після її злиття:

oop-course/                           ← гілка main (після злиття Лаби 14)
├── .gitignore
├── oop-course.slnx
└── ClinicApp/
    ├── ClinicApp.csproj
    ├── Program.cs
    ├── Clinic.cs
    ├── Enums/  (4 файли)
    ├── Models/  (16 файлів)
    ├── Managers/  (10 файлів)
    ├── Utils/  (12 файлів)
    ├── Interfaces/  (4 файли)
    ├── Comparators/  (4 файли)
    ├── Attributes/  (3 файли)
    └── Events/  (4 файли)

Структуру наприкінці лаби (з позначками, що створюється і змінюється в кожній задачі) наведено в розділі «Структура проєкту наприкінці лаби» перед перевіркою.

`Func<>`, `Action<>`, замикання, методи розширення

Func<T, TResult> — тип для «методу, що приймає T і повертає TResult». Func<Appointment, bool> — функція, що перевіряє прийом і повертає true/false (предикат).

Action<T> — тип для «методу, що приймає T і нічого не повертає». Action<Appointment> — дія над прийомом: вивести, позначити оплаченим, надіслати сповіщення.

Func<Appointment, bool> isUrgent = a => a is UrgentAppointment;
Action<Appointment> print = a => Console.WriteLine(a);

Замикання — лямбда «захоплює» змінну з навколишнього коду і зберігає посилання на неї, а не копію значення:

decimal threshold = 300;
Func<Appointment, bool> expensive = a => a.GetCost() > threshold;

Якщо пізніше threshold зміниться — зміниться і результат лямбди. У Задачі 3 ви побачите, як замикання на неправильну змінну ламає логіку.

Метод розширення — статичний метод у статичному класі, перший параметр якого позначено this. Після цього метод викликається так, ніби завжди існував у типі: appointments.Unpaid(). Саме так влаштовані всі LINQ-методи.

Що нового дозволено (і тільки воно)

змінні й параметри типів Func<...> і Action<...>;
лямбди, що зберігаються у змінних і полях, замикання;
власні методи розширення (static клас, параметр this);
методи, що повертають this (fluent-ланцюг).

Крок 1. Гілка

Робочий процес (повністю — Git Воркшоп): лаба = гілка Lab-XX від main, коміт на кожне завдання (LabXX TaskYY), у кінці — злиття в main.

Проєкт ClinicApp/ уже існує. Тут лише нова гілка від main:

git checkout main
git checkout -b Lab-15

Коміт — на кожне завдання (Lab15 TaskNN).

Ваш домен

За замовчуванням виконуйте завдання як написано (домен «клініка»). Для власного домену дивіться таблицю «Адаптація до вашого домену» в кінці кожного завдання.

Як користуватися підказками

Підказки — напрям думки, не готовий код. «Що реалізувати» і «Специфікація» кажуть що; підказки — як міркувати; блок 📖 Документація — де прочитати синтаксис. Спершу документація і власна спроба.

Задача 1. Методи розширення для записів ⭐

Умова

Щоб отримати «неоплачені майбутні прийоми», зараз щоразу пишуть LINQ-умову вручну. Потрібна в п'яти місцях — повторюється п'ять разів, змінилась — правити всюди. Назвіть кожну умову одним словом і напишіть її один раз — методом розширення.

Що реалізувати:

Створити теку ClinicApp/Extensions/ і статичний клас AppointmentExtensions (простір імен ClinicApp.Extensions).
Реалізувати сім методів розширення на IEnumerable<Appointment> зі специфікації.

Специфікація

Метод	Повертає	Умова / результат
`Unpaid()`	`IEnumerable<Appointment>`	не оплачено і не скасовано
`Upcoming()`	`IEnumerable<Appointment>`	`IsUpcoming == true`
`ByDoctor(int doctorId)`	`IEnumerable<Appointment>`	`DoctorId` збігається
`ByPatient(int patientId)`	`IEnumerable<Appointment>`	`PatientId` збігається
`Overdue()`	`IEnumerable<Appointment>`	дата в минулому, не скасовано, не оплачено
`CostAbove(decimal minCost)`	`IEnumerable<Appointment>`	`GetCost() > minCost`
`TotalCost()`	`decimal`	сума `GetCost()`

Приклад

decimal debt = clinic.Appointments.GetAll().Unpaid().TotalCost();
var big = clinic.Appointments.GetAll().Upcoming().CostAbove(500);

Підказки

Клас і методи — static; перший параметр кожного методу — this IEnumerable<Appointment> source.
Усередині — звичайний LINQ (Where, Sum) над source.
TotalCost() — «термінальний» метод: повертає число, а не продовження ланцюга.
У CostAbove параметр minCost потрапляє всередину лямбди — це замикання: лямбда пам'ятає minCost і після завершення методу.

📖 Документація:

Методи розширення

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
`AppointmentExtensions`	`BookingExtensions`	`ReservationExtensions`	`EnrollmentExtensions`	`RentalExtensions`	`LoanExtensions`	`SessionExtensions`
`Unpaid`, `Overdue`, `CostAbove`	`Unpaid`, `Overdue`, `CostAbove`	`Unpaid`, `Overdue`, `CostAbove`	`Unpaid`, `Overdue`, `FeeAbove`	`Unpaid`, `Overdue`, `CostAbove`	`Overdue`, `FineAbove`	`Unpaid`, `Overdue`, `CostAbove`

Коміт

git add ClinicApp/Extensions/AppointmentExtensions.cs
git commit -m "Lab15 Task01"

Задача 2. Методи розширення для пацієнтів і лікарів ⭐

Умова

Фільтрація пацієнтів за групою крові чи лікарів за спеціальністю розкидана по коду або відсутня. Винесіть ці умови в методи розширення так само, як у Задачі 1.

Що реалізувати:

Статичний клас PatientExtensions у ClinicApp/Extensions/ з трьома методами на IEnumerable<Patient>.
Статичний клас DoctorExtensions у ClinicApp/Extensions/ з трьома методами на IEnumerable<Doctor>.

Специфікація

Клас	Метод	Умова
`PatientExtensions`	`Adults()`	вік 18 і більше
`PatientExtensions`	`ByBloodType(BloodType bloodType)`	збіг групи крові
`PatientExtensions`	`WithAppointments(IEnumerable<Appointment> appointments)`	у пацієнта є хоч один запис
`DoctorExtensions`	`BySpeciality(Speciality speciality)`	збіг спеціальності
`DoctorExtensions`	`Available()`	`IsAvailableNow == true`
`DoctorExtensions`	`WithAppointments(IEnumerable<Appointment> appointments)`	у лікаря є хоч один запис

Приклад

var adults = clinic.Patients.GetAll().Adults();
var busy = clinic.Doctors.GetAll().WithAppointments(clinic.Appointments.GetAll());

Підказки

WithAppointments перевіряє для кожного пацієнта (лікаря), чи є серед прийомів хоч один його — Any.
Колекція прийомів передається параметром, а не береться з клініки напряму: метод розширення не повинен знати, звідки беруться дані.

📖 Документація:

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
`Adults()`, `ByBloodType()`	`Adults()`, `ByRoomType()`	`Adults()`, `ByCategory()`	`ByFaculty()`	`ByCarClass()`	`ByGenre()`	`ByFitnessLevel()`
`BySpeciality()`, `Available()`	`ByDepartment()`, `OnDuty()`	`ByCuisine()`, `OnShift()`	`BySubject()`, `Available()`	`ByBrand()`, `Available()`	`BySection()`, `OnDuty()`	`ByTrainingType()`, `Available()`

Коміт

git add ClinicApp/Extensions/PatientExtensions.cs ClinicApp/Extensions/DoctorExtensions.cs
git commit -m "Lab15 Task02"

Задача 3. `AppointmentFilter` — складання умов з частин ⭐⭐

Умова

Користувач хоче відфільтрувати прийоми за кількома умовами одразу — наприклад, «термінові і не оплачені». Зараз умови зліплені в одну лямбду, їх не можна скласти з окремих частин. Напишіть клас, що збирає предикати по одному і комбінує їх через «і», «або», «не».

Що реалізувати:

Клас AppointmentFilter у ClinicApp/Managers/. Зберігає одне поле — поточний комбінований предикат Func<Appointment, bool>?; спочатку null (порожній фільтр пропускає все).
Методи зі специфікації. Add, And, Or, Negate повертають this (fluent-ланцюг).

Специфікація

Метод	Дія
`Add(Func<Appointment, bool> predicate)`	додає умову через «і»; якщо фільтр порожній — умова стає першою
`And(Func<Appointment, bool> predicate)`	те саме, що `Add` (для читабельності ланцюга)
`Or(Func<Appointment, bool> predicate)`	додає умову через «або»
`Negate()`	заперечує поточну комбіновану умову
`Apply(IEnumerable<Appointment> source)`	порожній фільтр — уся колекція; інакше — відібрані записи
`Reset()`	очищає фільтр

Приклад

var filter = new AppointmentFilter();
var result = filter
    .Add(a => a is UrgentAppointment)
    .And(a => !a.IsPaid)
    .Apply(clinic.Appointments.GetAll());

Підказки

Критична пастка — замикання на поле. Якщо в новій лямбді звернутися до поля з поточним предикатом, лямбда захопить саме поле, а не його поточне значення. Коли вона виконається, поле вже міститиме цю саму нову лямбду — і вона викличе сама себе: нескінченна рекурсія.
Правильно: перед створенням нової лямбди скопіюйте поточний предикат у локальну змінну і використовуйте в лямбді її — локальна змінна після створення вже не змінюється.
Or і Negate будуються так само, лише з || та !.
return this дозволяє писати виклики ланцюгом — так само, як WithCostStrategy чи LINQ.

📖 Документація:

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
`AppointmentFilter`	`BookingFilter`	`ReservationFilter`	`EnrollmentFilter`	`RentalFilter`	`LoanFilter`	`SessionFilter`

Коміт

git add ClinicApp/Managers/AppointmentFilter.cs
git commit -m "Lab15 Task03"

Задача 4. `AppointmentProcessor` — набір дій над записами ⭐⭐

Умова

Щоб «для кожного запису зробити X», пишуть foreach із дією всередині. А якщо дій кілька і вони визначаються під час роботи програми? Напишіть клас, що накопичує дії і виконує їх усі разом.

Що реалізувати:

Клас AppointmentProcessor у ClinicApp/Managers/: зберігає список дій List<Action<Appointment>>.
Методи зі специфікації. Run, RunIf, Combine повертають this.

Специфікація

Метод	Дія
`Run(Action<Appointment> action)`	додає дію в список
`RunIf(Func<Appointment, bool> predicate, Action<Appointment> action)`	додає одну дію, що виконує `action` лише для записів, які задовольняють `predicate`
`Combine(Action<Appointment> first, Action<Appointment> second)`	додає одну дію, що викликає `first`, потім `second`
`Execute(IEnumerable<Appointment> source)`	для кожного запису виконує всі дії зі списку
`Clear()`	очищає список дій

Приклад

var processor = new AppointmentProcessor()
    .Run(a => Console.WriteLine(a))
    .RunIf(a => a is UrgentAppointment, a => Console.WriteLine("  ⚠ терміновий"));
processor.Execute(clinic.Appointments.GetAll());

Підказки

RunIf і Combine не виконують нічого одразу — вони створюють нову лямбду і кладуть її у список. Перевірка умови відбувається пізніше, під час Execute.
Execute — два вкладені цикли: зовнішній по записах, внутрішній по діях.
Повторний Execute виконає дії ще раз: список не очищається сам. Для цього є Clear().

📖 Документація:

Action<T>

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
`AppointmentProcessor`	`BookingProcessor`	`ReservationProcessor`	`EnrollmentProcessor`	`RentalProcessor`	`LoanProcessor`	`SessionProcessor`

Коміт

git add ClinicApp/Managers/AppointmentProcessor.cs
git commit -m "Lab15 Task04"

Задача 5. `AppointmentPipeline` — фасад «фільтр → дія» ⭐

Умова

AppointmentFilter знає, як фільтрувати, AppointmentProcessor — як обробляти, але вони не пов'язані: порядок «спершу фільтр, потім дії» кожен складає сам. Напишіть фасад — один клас, що ховає обидва і дає простий інтерфейс «опиши умови, опиши дії, запусти».

Що реалізувати:

Клас AppointmentPipeline у ClinicApp/Managers/ з двома полями — AppointmentFilter і AppointmentProcessor, обидва створюються в конструкторі.
Методи зі специфікації.

Специфікація

Метод	Дія	Повертає
`Filter(Func<Appointment, bool> predicate)`	додає умову у фільтр	`this`
`Then(Action<Appointment> action)`	додає дію в процесор	`this`
`Execute(IEnumerable<Appointment> source)`	фільтрує, один раз матеріалізує результат у масив, запускає процесор на ньому	`int` — кількість оброблених
`Reset()`	очищає і фільтр, і процесор

Приклад

int count = pipeline
    .Filter(a => !a.IsPaid)
    .Filter(a => a.IsUpcoming)
    .Then(a => Console.WriteLine(a))
    .Execute(allAppointments);
Console.WriteLine($"Оброблено: {count} записів.");

Підказки

Без матеріалізації (ToArray()) фільтр виконувався б двічі: раз для обробки, раз для підрахунку.
Фасад нічого не вміє сам — він лише делегує своїм двом полям.

📖 Документація:

Патерн «Фасад»

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
`AppointmentPipeline`	`BookingPipeline`	`ReservationPipeline`	`EnrollmentPipeline`	`RentalPipeline`	`LoanPipeline`	`SessionPipeline`

Коміт

git add ClinicApp/Managers/AppointmentPipeline.cs
git commit -m "Lab15 Task05"

Задача 6. Меню «Фільтри» ⭐

Умова

Підключіть усе до клініки і меню.

Що реалізувати:

У Clinic.cs додати властивість Pipeline типу AppointmentPipeline і створити її в конструкторі.
На початку Program.cs додати using ClinicApp.Extensions;.
У головному меню додати пункт 12 — «Фільтри — Func, Action, Pipeline».
У Program.cs додати функцію FunctionalMenu(Clinic clinic) з вісьмома пунктами зі специфікації.

Специфікація

Пункт	Що показує	Що використовує
`1`	Неоплачені прийоми і їх загальна сума	`Unpaid()` + `TotalCost()`
`2`	Майбутні записи дорожчі за N грн (N питає програма)	`Upcoming().CostAbove(n)`
`3`	Повнолітні пацієнти	`Adults()`
`4`	Лікарі з хоч одним записом	`WithAppointments(...)`
`5`	Термінові і майбутні	`AppointmentFilter`: `Add(...).And(...)`
`6`	Термінові або прострочені	`AppointmentFilter`: `Add(...).Or(...)`
`7`	Дві дії над кожним записом	`AppointmentProcessor.Combine(вивід, запис у лог)`
`8`	Повний пайплайн: фільтр → дія	`clinic.Pipeline.Filter(...).Then(...).Execute(...)`, далі `Оброблено: N записів.`
`0`	Назад

Приклад

── Фільтри ─────────────────────
Оберіть: 2
Поріг, грн: 300
[9]  Терміновий (біль у грудях) | … | 450.00 грн
[10] Консультація спеціаліста: кардіологія | … | 780.00 грн

Підказки

clinic.Pipeline зберігає умови між викликами — перед кожним запуском пункту 8 викликайте Reset().
Для пункту 7 дію «запис у лог» зберіть із clinic.Logger.LogInfo(...).

📖 Документація:

Директива using

Адаптація до вашого домену

Клініка	Готель	Ресторан	Університет	Прокат авто	Бібліотека	Спортзал
`12. Фільтри`	`12. Фільтри`	`12. Фільтри`	`12. Фільтри`	`12. Фільтри`	`12. Фільтри`	`12. Фільтри`

Коміт

git add ClinicApp/Clinic.cs ClinicApp/Program.cs
git commit -m "Lab15 Task06"

Структура проєкту наприкінці лаби

Так має виглядати ClinicApp/, коли всі завдання виконано:

oop-course/                            ← гілка Lab-15 (після злиття — main)
├── .gitignore
├── oop-course.slnx
└── ClinicApp/
    ├── ClinicApp.csproj
    ├── Program.cs                     ✏ Т6
    ├── Clinic.cs                      ✏ Т6
    ├── Enums/  (4 файли)
    ├── Models/  (16 файлів)
    ├── Managers/
    │   ├── AppointmentFilter.cs       🆕 Т3
    │   ├── AppointmentProcessor.cs    🆕 Т4
    │   ├── AppointmentPipeline.cs     🆕 Т5
    │   └── … ще 10 файлів без змін
    ├── Utils/  (12 файлів)
    ├── Interfaces/  (4 файли)
    ├── Comparators/  (4 файли)
    ├── Attributes/  (3 файли)
    ├── Events/  (4 файли)
    └── Extensions/
        ├── AppointmentExtensions.cs   🆕 Т1
        ├── DoctorExtensions.cs        🆕 Т2
        └── PatientExtensions.cs       🆕 Т2

Легенда: 🆕 — новий файл · ✏ — змінено вміст · Тn — номер задачі, у якій ви працюєте з файлом. Файли без позначки лишились такими, як були після Лаби 14.

Назви файлів наведено для домену «клініка»; у власному домені назви ваші — важливо, що саме створюється й змінюється.

Перевірка перед здачею

dotnet build ClinicApp
dotnet run --project ClinicApp

Переконайтесь, що:

Структура проєкту збігається зі схемою вище
12. Фільтри → 1: неоплачені прийоми і загальна сума
2 з порогом 300: тільки майбутні записи дорожчі за 300 грн
5 показує записи, що одночасно термінові і майбутні; 6 — більше записів (об'єднання умов)
8 виводить кількість оброблених записів; повторний запуск дає той самий результат
Комбінований фільтр із 3+ умов не падає з StackOverflowException
8. Аналітика і 11. Звіти працюють, як раніше

Питання для самоперевірки

Чим Func<Appointment, bool> відрізняється від методу bool Check(Appointment a)? Що в них спільного?
Яка різниця між Action<Appointment> і Func<Appointment, bool>? Коли використовується кожен?
Що станеться в AppointmentFilter.Add, якщо лямбда звертатиметься до поля напряму, без локальної копії?
Метод розширення можна викликати і як звичайний статичний: AppointmentExtensions.Unpaid(source). Чому краще писати source.Unpaid()?
Навіщо Combine, якщо можна двічі викликати Run?
Що означає патерн «фасад»? Що AppointmentPipeline ховає від зовнішнього коду?

Статус гілки

Після всіх 6 завдань (кожне — окремий коміт Lab15 TaskNN на гілці Lab-15):

git push -u origin Lab-15
git checkout main
git merge --no-ff Lab-15 -m "Merge Lab-15: Functional C#"
git push

Наступна лаба: git checkout main → git checkout -b Lab-16.