User:Wuzwm/sandbox

From Wikipedia, the free encyclopedia
Jump to: navigation, search

В компьютерных наукахязык программирование имеет функции первого класса, если он рассматривиет функции как объекты первого класса. В частности, это означает, что язык поддерживает передачу функций в качестве аргументов другим функциям, возврат их как результат других функций, присваивание их переменным или сохранение в страктурах данных [1] Некоторые теоретики языков программирование считают необходимым условием также поддержку анонимных функций. [2] В языках с функциями первого класса именя функций не имеют никакого специального статуса, они рассматриваются как обычные переменные типа функцииfunction type.[3] Термин был впервые использован Кристофером Стрейчи в контексте «функции как объекты первого класса» в середине 1960-х. [4]

Функции первого класса являются неотъемлимой частью [функционального программирования], в котором использование функций высшего порядка является стандартной практикой. Простым примером функции высшего порядка будет функция map, которая принимает в качестве своих аргументов фунцию и список и возвращается список, после примененения функции к каждому элементу списке. Чтобы язык программирования поддерживал map, он должен поддерживать передачу функций как аргумента.

Существуют некоторые сложности в реализации передачи функций как аргументов и возвращении их как разультата, особенно в присутствии non-local variable, введенных в вложенных и анонимных функциях. Исторически они были названы funarg problems, the name coming from "function argument".[5] В ранних императивных языках программирования эти проблемы обходились путем отказа от поддержки возвращения функций как результата или отказа от вложенных функций и следовательно нелокальных переменных(в частности C). Lisp, один из первых функциональных языков программирования примених подход dynamic scoping, где нелокальные переменные возвращают ближайшее определение этих переменных к точке, в которой функция была вызвана, вместо точки, в которой она была объявлена. Полноценная поддержка для lexically scoped функций первого порядка была введена в Scheme и предполагает обработку ссылок на функции как замыканий вместо чистых function pointers[4], что, в свою очередь, делает необходимым применение garbage collection.

Концепции[edit]

В этой секции рассматривается, как конкретные идиомы программирования реализуются в функциональных языках с функциями первого порядка (Haskell) сравнительно с императивными языками, где функции - объекты второго порядка (C).

Функции высшего порядка: передача функции как аргумента[edit]

В языках, где функции - это объекты первого порядка, функции могут быть переданы как аргументы другим функциями так же как и любые другие значения. Так, например, в Haskell:

map :: (a -> b) -> [a] -> [b]
map f []     = []
map f (x:xs) = f x : map f xs

Языки, где функции не являются объектами первого порядка позволяют реализовывать функции высшего порядка с помощью использования таких приемов как function pointers or delegates. Так, в языке C:

void map(int (*f)(int), int x[], size_t n) {
    for (int i = 0; i < n; i++)
        x[i] = f(x[i]);
}

Сравнивая два фрагмента, стоит заметить, что существует определенное количество отличий между двумя подходами, которые не зависят напрямую от поддержки функций первого порядка языком. Фрагмент на Haskell обрабатывает списки, в то время как фрагмент на C осуществляет работу с массивом. Обе структуры данных являются стандартными для своих соотвественных языков программирования и реализация, к примеру, фрагмента на С с использованием связаных списков лишь внесла бы необоснованную сложность. К этому также относится факт того, что функция в C требует дополительный параметр(размер массива) и вносит изменения в структуру на месте, не возвращая никаких данных, в то время как фрагмент на Haskell возвращает новый список, оставляя старый в неизменном виде, что связано с особенностями реализации списков.

Анонимные и вложенные функции[edit]

Further information: Anonymous function and Nested function

В языках, поддерживающих анонимные функции, можно передать такую функцию как аргумент функции высшего порядка:

main = map (\x -> 3 * x + 1) [1, 2, 3, 4, 5]

В языках, не поддерживающих анонимных функций, необходимо сперва прикрепить функции имя:

int f(int x) {
    return 3 * x + 1;
}
 
int main() {
    int l[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    map(f, l, 5);
}

Нелокальные переменные и замыкания[edit]

Если язык программирования поддерживает анонимные или вложенные функции достаточно логично предполагать, что они будут ссылаться на переменные за пределами тела функции (called non-local variables):

main = let a = 3
           b = 1
        in map (\x -> a * x + b) [1, 2, 3, 4, 5]

Если функции представлены в форме чистых указателей на функцию, возникает вопрос того, как же передавать значения за пределами тела функции. В таком случае приходится строить замыкание вручную, и на этом этапе говорить о функциях первого класса не приходится.

typedef struct {
    int (*f)(int, int, int);
    int *a;
    int *b;
} closure_t;
 
void map(closure_t *closure, int x[], size_t n) {
    for (int i = 0; i < n; ++i)
        x[i] = (*closure->f)(*closure->a, *closure->b, x[i]);
}
 
int f(int a, int b, int x) {
    return a * x + b;
}
 
void main() {
    int l[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int a = 3;
    int b = 1;
    closure_t closure = {f, &a, &b};
    map(&closure, l, 5);
}

Функции высшего порядка: возврат функций как результата[edit]

При возврате функции на самом деле происходит возврат её замыкания. В примере на С все локальные переменные, заключенные в замыкание выйдут из scope как только программы выйдет из функции, которая составляет замыкание. Форсирование замыкания в дальнейшем может привести к неопределенному поведению.

См. также[edit]

Примечания[edit]

  1. ^ Abelson, Harold; Sussman, Gerald Jay (1984). Structure and Interpretation of Computer Programs. MIT Press. Section 1.3 Formulating Abstractions with Higher-Order Procedures. ISBN 0-262-01077-1. 
  2. ^ Programming language pragmatics, by Michael Lee Scott, section 11.2 "Functional Programming".
  3. ^ Roberto Ierusalimschy; Luiz Henrique de Figueiredo; Waldemar Celes. The Implementation of Lua 5.0. 
  4. ^ a b Rod Burstall, "Christopher Strachey—Understanding Programming Languages", Higher-Order and Symbolic Computation 13:52 (2000)
  5. ^ Joel Moses. "The Function of FUNCTION in LISP, or Why the FUNARG Problem Should be Called the Environment Problem". MIT AI Memo 199, 1970.

Литература[edit]

Ссылки[edit]

Категория:Функциональное программирование Категория:Лямбда-исчисление