程序抽象：函数过程、适当过程与参数机制

### 程序抽象：函数过程、适当过程与参数机制 #### 1. 函数过程与适当过程 在编程世界中，函数过程和适当过程是两个重要的概念。 ##### 1.1 函数过程 函数过程通常在函数定义中构建，多数编程语言也仅支持这种构建方式。不过，像 ML 和 HASKELL 这类函数式语言，将函数构建和绑定的概念区分开来。例如在 HASKELL 里，`\(I: T) -> E` 这样的表达式就能产生一个函数过程，其中 `I` 是形式参数（类型为 `T`），`E` 是函数体。 下面是一个 HASKELL 函数构建的例子： ```haskell -- 产生一个实现立方函数的函数 \(x: Float) -> x^3 -- 传统函数定义 cube (x: Float) = x^3 -- 实际上是下面值定义的缩写 cube = \((x: Float) -> x^3) ``` 对于积分函数 `integral (a: Float, b: Float, f: Float->Float) = ...`，它用于计算 `f(x)` 在区间 `[a..b]` 上的定积分。调用 `integral` 时，对应 `f` 的实际参数可以是任何类型为 `Float->Float` 的表达式，比如： ```haskell ... integral(0.0, 1.0, cube) ... ... integral(0.0, 1.0, \(x:Float)->x*x) ... ``` ##### 1.2 适当过程 适当过程体现了要执行的命令，调用时会更新变量。应用程序员关注的只是这些变量的更新结果，而不关心具体的实现步骤。 - **C 或 C++ 适当过程定义**：形式为 `void I (FPD1, ..., FPDn) B`，其中 `I` 是函数标识符，`FPDi` 是形式参数声明，`B` 是过程体（块命令）。通过 `I(AP1, ..., APn);` 形式的命令调用过程，调用时会执行 `B`。例如下面的 C++ 排序过程： ```cpp // 选择排序实现 void sort (int a[], int l, int r) { int minpos; int min; for (int i = l; i < r; i++) { minpos = i; min = a[minpos]; for (int j = i+1; j <= r; j++) { if (a[j] < a[i]) { minpos = j; min = a[minpos]; } if (minpos != i) { a[minpos] = a[i]; a[i] = min; } } } } // 快速排序实现 void sort (int a[], int l, int r) { int p; if (r > l) { partition(a, l, r, p); sort(a, l, p-1); sort(a, p+1, r); } } ``` 应用程序员只关心调用 `sort(nums, 0, n-1);` 能将 `nums` 数组中的元素按升序排序，而实现者则关注具体使用的排序算法。 - **ADA 适当过程定义**：形式为 `procedure I (FPD1; ...; FPDn) is D begin C end;`，过程体由局部声明 `D` 和顺序命令 `C` 组成。例如下面的 ADA 排序过程： ```ada procedure sort (a: in out Int_Array; l, r: in Integer) is p: Integer; begin if r > l then partition(a, l, r, p); sort(a, l, p-1); sort(a, p+1, r); end if; end; ``` 一般来说，调用过程可以从两个不同的角度理解： - **应用程序员视角**：关注过程调用的最终结果，即某些变量的更新情况。 - **实现者视角**：关注过程体的执行，以及使用形式参数访问相应参数的方式。 ##### 1.3 抽象原则 抽象原则指出，只要某个语法类别中的构造指定了某种计算，就可以设计出对该语法类别进行抽象的过程。 - **函数过程抽象**：函数过程对表达式进行抽象，函数体是一个表达式（至少在效果上是），函数调用是一个表达式，通过计算函数过程的体来产生结果。 - **适当过程抽象**：适当过程对命令进行抽象，过程体是一个命令，过程调用是一个命令，通过执行适当过程的体来更新变量。 基于此，还存在选择器过程，它对变量访问进行抽象。选择器过程的体是一个变量访问（实际上），选择器调用是一个变量访问，通过计算选择器过程的体来产生一个变量。选择器过程在编程语言中并不常见，但 C++ 支持。 下面是一个 C++ 选择器过程的例子： ```cpp ```