PL真有意思(八):其它程序设计模型

前言

在之前几篇我们讨论的语法、语义、命名、类型和抽象适用于所有语言。然而我们的注意力都主要集中在命令式语言上,现在这篇来看看其它范式的语言。函数式和逻辑式语言是最主要的非命令式语言。

函数式语言

命名和作用域问题出现在各种模型中,还有类型、表达式和选择与递归等控制流概念等等。所有语言都必须经过扫描、语法分析和语义分析,

函数式程序设计的概念

函数式程序设计将一个程序的输出定义为其输入的一个数学函数,在其中没有内部状态的概念,因此也没有副作用。函数式提供了一下特征,其中许多都是命令式语言中没有的:

  • 第一级的值和高阶函数
  • 广泛的多态性
  • 表类型和表操作
  • 结构性的函数返回
  • 结构性的对象的构造函数
  • 废料收集

Scheme

我们以Scheme为例子,来看一下概念

约束

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(let ((a 3)
(b 4)
(square (lambda (x) (* x x)))
(plus +))
(sqrt (plus (square a) (square b))))

特殊型let有两个或者多个参数,其中第一个参数是一些二元组的表,每个二元组的表,每个二元组中的第一个元素是名字,第二元素就是这个名字在let的第二个参数中代表的值。其余参数将按顺序求值,对于整个结构的求值将是最终参数的值

控制流和赋值

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(cond
((< 3 2) 1)
((< 4 3) 2)
(else 3))

cond的参数是一些二元组,它们将被从头到尾按顺序考虑。如果第一个二元组的第一个元素求值得到#t,那么整个表达式的值就是这个二元组的第二个元素的值

求值顺序

在之前的几篇已经提到了两种求职方式:应用序求值和正则序求值。和大多数命令式语言一样,Scheme在大多数情况下都是用应用序求值。

严格求值和惰性求值

如果一个无副作用的函数在其任何一个参数是未定义的情况下也是未定义的,我们就称它为严格。这种函数可以安全的对所有参数求值,所以其结果也将不依赖于求值顺序。

惰性求值使我们可以得到正则序求值的优势,回忆一下我们之前说的,惰性求值对实现无穷数据结构非常有用

高阶函数

如果一个函数以函数作为实际参数,或者返回函数作为值,那么它就是一个高阶函数。

比如Scheme的map函数

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(map * '(2 4 6) '(3 5 7)) => (6 20 42)

map将对这些表中的一组元素调用相应的函数

高阶函数主要的作用就是从现有的函数出发构造新函数

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(define total (lambda (l) (fold + 0 1)))
(total '(1 2 3 4 5))

(define total-all (lambda (l)
(map tatal l)))
(total-all '((1 2 3 4 5)
(2 4 6 8 10)
(3 6 9 12 15)))

Curry化

柯里化是一个常见的操作,是用一个单参数函数取代一个多参数的函数,这个单参数函数返回一个函数

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(define curried-plus (lambda (a) (lambda (b) (+ a b))))
((curried-plus 3) 4)
(define plus-3 (curried-plus 3))
(plus-3 4)

除了其它用途之外,这种curry操作还使我们能够给高阶函数传递一个部分求值函数

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(map (curried-plus 3) '(1 2 3)) => (4 5 6)

函数式小结

无副作用的程序设计是一种非常诱人的想法,从前面的几篇可以看出,副作用可能使程序难以阅读和编译。

不过,存在着许多常用的程序设计惯用形式,最正宗的副作用在其中扮演着核心角色。

我们关注计算的函数式模型。命令式程序的计算主要是通过迭代和副作用,而函数式程序的计算主要是通过将参数代换到函数中。

函数式语言的相应模型是lambda演算,许多函数式语言倾向于在lambda演算的基础上扩充一些特征,包括赋值、I/O和迭代。

并发模型

如果一个程序包含了多余一个活动的执行上下文。即多余一个控制线程,则称该程序是并发的。并发的出现至少有三方面的重要原因:

  • 为了反映一些问题的逻辑结构。许多程序,必须同时维护一批在同一时间基本相互独立的作业的轨迹
  • 利用额外的处理器以提高速度
  • 为了应对相互独立的多台物理设备

并发程序设计基础

在一个并发程序中,我们将使用术语线程来指代那些程序员认为与其他线程并发的运行的活动实体。在大多数系统中,给定程序的线程是在操作系统所提供的一个或多个进程的顶部实现的。

/*

通信和同步

在任何并发的程序设计模型中,需要处理的两个最关键的问题就是通信的同步。通信指线程可用于获得其它线程产生的信息的各种机制。

同步

*/

写到一般发现很像之前操作系统写到的进程管理,就不再重复了。放个链接

进程管理

进程调度

总结

这一篇就稍微提了一下除了命令式语言之外的其它范式,还有像现在语言支持的并发模型。但是之前讨论的语法、语义、命名、类型和抽象适用于所有语言