d作者d语言中组件式编程

小咪咪 2022-09-17 03:10 84阅读 0赞

# D编程语言中组件编程 #

作者:`沃尔特.布莱特(Walter Bright)`  
我们一直在尝试编写`可重用`软件.`作者`35年的编程经验,但可重用的很少.`复制/粘贴`不算,我在某处`可能`错过了,其他程序员也经常有同样感觉.不是缺少`实践`,也不是`现在比过去强`,应该有`深入`理解.  
有问题的样儿:`抽象有漏洞,依赖其他代码,组件太具体(对A适用,但对B不适用)`,要回到问题:

# 什么是组件? #

● 不仅仅是`可重用`软件,有很多`非真正`组件的可重用代码库.  
● 组件有`预定义`接口.这样,即使`单独`开发的,也可`交换,添加和组合`他们.  
● 多数库`暴露`接口,但连接至其他库,要求`助手`.  
那么,

# 什么是通用组件接口? #

● `读`输入  
● `处理`输入  
● `写`输出  
即使程序不是,但`子系统`适用`该模型`,伪码表示:

源 => 算法 => 汇

或这样:

源 => 1算法 => 2算法 => 汇

在联操的`文件和过滤`命令行`模型`上见过.  
● `非常`成功和强大  
● 按"文件接口"的`对接`C  
● 文件既是`源又是汇`  
● 算法是"过滤器"  
● 管道连接它们  
● 甚至还有`伪文件`系统优势

# 缺点 #

● `进化`而非设计  
● 按`字节流`对待数据  
● 对`随机访问`算法,不适用  
● 但它显示了组件`是什么`,及`分发`.

# 看我代码 #

void main(string[] args) 
        {  
            string pattern = args[1]; 
            while (!feof(stdin)) 
            {  
                string line = getLine(stdin); 
                if (match(pattern, line)) 
                    writeLine(stdout, line); 
            } 
        }

它不像`源 => 算法 =>汇`.进入`旋涡`而非`组装厂`.这样更好:

void main(string[] args) 
      {  
          string pattern = args[1]; 
          stdin => byLines => match(pattern) => stdout; //输入,按行,匹配,输出
      }

# 下一个设计 #

● `C++`面向对象,未导致更好`组件`编程  
● `C++ iostreams`,通过重载`>>`运算符,开始看起来像`源 => 算法 =>汇`,但仍然是`读/写`文件.  
● 许多成功的`C++`库,但它们不是这里讨论的`组件`.  
● 革命性的`C++`迭代器和算法,`STL`标准模板库:`不仅仅是文件,算法,通用接口,编译成高效代码`:

for (i = L.begin(); i != L.end(); ++i) 
           ... 用(*i)干活 ...

仍像循环,然后有`std::for_each(),std::transform()`,但不能组合,因为`迭代器`要成对出现.

# 回到绘图板 #

● 源:`流,容器,生成器`  
● 算法:`过滤,映射,缩减,排序`  
● 汇:`流,容器`

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left"><code>源</code></th> 
   <th align="left">算法</th> 
   <th align="left">汇</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>file</code></td> 
   <td align="left">sort</td> 
   <td align="left">file</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>tree</code></td> 
   <td align="left">filter</td> 
   <td align="left">tree</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>array</code></td> 
   <td align="left">map</td> 
   <td align="left">array</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>socket</code></td> 
   <td align="left">reduce</td> 
   <td align="left">socket</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>list</code></td> 
   <td align="left">max</td> 
   <td align="left">list</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>iota</code></td> 
   <td align="left">search</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>随机数</code></td> 
   <td align="left">奇数,数单词</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 总结要求 #

● 可组合性  
● 支持`强大封装`  
● 生成工业品质`高效代码`  
● 自然语法:`源=>算法=>汇`  
● 可同`未知类型`一起用

# `输入区间`要求 #

● 是否有可用数据?`bool`为空;  
● 读`当前`输入数据:`E front;`.  
● 步进至下一数据:`void popFront();`.

# `输入区间`非类型 #

● 它是`概念`.  
● 需要`3个`原语:`empty,front,popFront`  
从`stdin`读符:

private import core.stdc.stdio; 
        struct StdinByChar { //三个原语
            @property bool empty() {  
                if (hasChar)
                    return false; 
                auto c = fgetc(stdin); 
                if (c == EOF) 
                    return true; 
                ch = cast(char)c; 
                hasChar = true; 
                return false; 
            } 
            @property char front() {   return ch;  } 
            void popFront() {  hasChar = false;  } 
          private: 
            char ch; 
            bool hasChar; 
          }

从`stdin`读,写至`stdout`:

for (auto r = StdinByChar(); 
               !r.empty; 
               r.popFront())
           { //注意原语.
              auto c = r.front; //这里
              fputc(c, stdout); 
           }

加点语言`神奇`:

foreach (c; StdinByChar())
           fputc(c, stdout); 
           //注意,这里无类型

# 前向区间 #

加了个`保存`属性:

@property R save; 
    (R为前向区间类型)

返回位置`副本`,而非数据.`原与副本`都可独立遍历区间.`单链表`是典型例子.`归并排序`用`前向区间`.

# 双向区间 #

加了个`属性与方法`:

@property E back; 
        void popBack();

类似`front和popFront`,但反向工作.`双链表`是典型,`UTF-8和UTF-16`也是`双向`编码.

# 随机访问区间 #

加上:

E opIndex(size_t I);

用`[]`来索引数据,并加了`2个`选项:  
1,`BidirectionalRange(双向区间)`的`@property size_t length;`长度属性,可为`无穷`.  
2,无穷的`ForwardRange(前向区间)`.对`无穷`区间,`空的`总为`假`.

# 汇(输出区间) #

有个`(put)放`方法:

void put(E e);

放`E`类型的`e`进`区间`.

# 输出区间写入`标准输出` #

struct StdoutByChar {  
        void put(char c) {  
            if (fputc(c, stdout) == EOF)
                throw new Exception("标出错误"); 
        } 
    }

回忆早先:

foreach (c; StdinByChar())
            fputc(c, stdout);

用`输出区间`,变成:

StdoutByChar r; 
        foreach (c; StdinByChar())
            r.put(c);

甚至可`正确`处理错误!它从输入`复制`到输出.复制:

void copy(ref StdinByChar source, 
              ref StdoutByChar sink) {  
        foreach (c; source)
            sink.put(c); 
    }

只要有`StdinByChar`和`StdoutByChar`类型,可`复制/粘贴`至其他类型:

# 用模板 #

void copy(Source, Sink)(ref Source source, 
                            ref Sink sink) {  
        foreach (c; source)
            sink.put(c); 
    }

解决了`通用`问题,但接受`任意输入类型`,而导致灾难,加上约束:

Sink copy(Source, Sink)(ref Source source, 
                            ref Sink sink 
        if (isInputRange!Source && 
            isOutputRange!(Sink, ElementType!Source 
    {  
        foreach (c; source)
            sink.put(c); 
        return sink; 
    }

这是我们第一个算法!(`返回`是为了可组合.)

# 当前状态 #

StdinByChar source; 
     StdoutByChar sink; 
     copy(source, sink);

加上`统调(UFCS)`:`func(a,b,c)`,可写成:`a.func(b,c)`,现在这样:

StdinByChar source; 
        StdoutByChar sink; 
        source.copy(sink);

过滤:

int[] arr = [1,2,3,4,5]; 
        auto r = arr.filter!(a => a < 3); 
        writeln(r);

输出:

[1, 2]

映射:

int[] arr = [1,2,3,4,5]; 
        auto r = arr.map!(a => a * a); 
        writeln(r);

输出:

[1, 4, 9, 16, 25]

化简:

int[] arr = [1,2,3,4,5]; 
        auto r = arr.reduce!((a,b) => a + b); 
        writeln(r);

输出:

# 连在一起: #

import std.stdio; 
     import std.array; 
     import std.algorithm; 
    void main() {  
        stdin.byLine(KeepTerminator.yes)
        map!(a => a.idup). 
        array. 
        sort. 
        copy(stdout.lockingTextWriter());
     }

还需要特征:  
● 处理错误的异常  
● 模板函数  
● 模板约束  
● UFCS(统调)  
● `区间`是概念,而不是类型  
● 内联,自定义,优化  
● 限定  
● `推导`类型  
● 元组

# 结论 #

● 组件是`可重用代码`的一种方式  
● 组件是需要`传统和语言`支持  
● D的许多`高级特征`可结合来支持组件  
● 在`文件和过滤,流及stl`的早期成功基础上构建.