《電腦程式的構造和解釋》學習筆記 過程抽象

2021-06-21 16:10:51 字數 2948 閱讀 5632

這篇博文裡說到程式=資料+過程,資料分為不同型別,每種型別有不同的操作過程。例如,兩個指標變數相加是無意義的,所以對指標型別來說加法操作是「不允許」的。在彙編層,每乙個資料,每一步資料操作過程都是原子級的,更高層次的資料和操作概念需要「高階」語言的支援,也就是這個語言配套的編譯器/直譯器能將這個「新」型別資料、「新」過程解釋/編譯成底層概念,才能實際執行。這裡的兩個「新」字就體現了程式的抽象機制。程式抽象可以「粗暴」的分為兩類:過程抽象和資料抽象。之所以說粗暴是因為資料和過程的界限有時是模糊難以清晰劃分的。

計算機裡的過程是對真實世界過程的抽象,在現實中需要處理事務、需要繪畫、需要傳遞資訊、需要運算……。

這些在計算機上都可以完成,對應的有計算機輔助設計、email、im、大型運算中心等等。這些過程的操作物件就是真實世界的資料抽象。這些資料或多或少、或顯著或隱晦的表示著真實世界的某種狀態。資料抽象和過程抽象共同模擬了真實的世界,在現代社會的各行各業,計算機技術都在發揮著作用,助推人們更好更便捷的處理任務。而程式語言就是描述「如何做」的工具,工具反過來也會影響「如何描述」和「如何做」。不同語言有各自的特點,但目標是一樣。就像自然語言一樣,發音、字形、語法不同,但都是人類溝通的工具。語言反過來也會影響人的思維。計算機語言也有同樣的效果,它影響程式設計師的程式設計思想,所以程式語言也在不斷進化中。

任何語言都必須包含三種機制:

所有的表示式都有值,程式的執行過程即是表示式的求值過程。資料表示式的值就是資料的表示方式,簡單數值表示式如25,它的值就用整數25表示,復合表示式如結構體struct,它的值就是這個結構體內的資料表示形式;過程表示式的值就是對資料的「操作」,也就是過程體,如「+」加法表示式,它的值就是將它左右(或者其他,不同語言的表示方式不同)的其他表示式的值做相加操作。

/**

**scheme語言舉例

*自定義了乙個加法過程,它接收兩個引數,相加並將結果返回

*下面是求值組合表示式,它的左邊運算子就是剛才定義的過程

*引數1為另乙個復合過程( + 1 2 ),引數2為最簡單數值表示式

*/( define mysum

( lambda ( a b ) ( + a b ) ) )

( mysum ( + 1 2 ) 3 )

這段程式就包含了上面描述的三個機制,define代表了一種抽象的方法,它表示自定義了乙個過程,它類似於重寫了加法,但這裡mysum只允許兩個引數;1、2、3和「+」是基本的表示式;而(+ 1 2)是組合的方法,將基本的表示式組合起來,它的值就是將「+」加法運算子運用於運算元1、2上得出的結果。

上面描述了第一層次的過程抽象:將為實現目的的若干操作封裝成乙個過程,使得過程的使用者不需要了解該過程內部實現細節,而只要了解過程的介面,傳入適當的引數,就能得到預期的結果。這裡的define規則給該過程命名,mysum就如同「+」、「-」、「*」、「/」等內部過程一樣,可以看作自定義的運算子,在表中的最左位置,它的值就是作用於其他資料物件的結果。

下面考慮另乙個層次的抽象問題,定義以過程作為引數或者返回值的過程。對比下面的**:

/*

*求和公式

*/( define square

( lambda ( x ) ( * x x ) ) )

( define cube

( lambda ( x ) ( * x x x ) ) )

( define sum-square

( lambda ( a b )

( if (> a b)

0( + (square a) ( sum-square ( + a 1 ) b ) ) ) ) )

( define sum-cube

( lambda ( a b )

( if (> a b)

0( + (cube a) ( sum-square ( + a 1 ) b ) ) ) ) )

上面的**定義了四個過程,其中square(x)、cube(x)分別計算x的平方和立方,sum-square(a b)、和sum-cube(a b)計算從a到b的平方和與立方和。仔細看會發現求和的過程中的模式很相似。求平方和的過程中,先比較a是否大於b,如果大於b則返回0,否則求a的平方,然後遞迴呼叫sum過程,並將這兩個結果相加,遞迴的過程中引數a加1。求立方和的過程就是在求a的立方時不同,其他部分很相似。這裡面是否隱藏了某種模式,可以綜合處理上述兩個過程?

( define ( lambda ( a b )

( if ( > a b )

0( + ( a )

( ( 上面的**就是計算平方和與立方和的公共模式,term、name和next是需要填入的過程,以滿足新的求和公式。這就是第二次的過程抽象,以過程作為過程的引數,使得語言程式設計的威力大增。

在《電腦程式的構造和解釋》第一章求方程的不動點例子中,將過程的抽象再提高乙個層次。所謂不動點就是滿足x=f(x)方程的x值。求解的方法就是首先猜測乙個值x,然後計算f(x)、f(f(x))、f(f(f(x)))...,直到值的變化不大,就找到它的不動點了。看**:

( define tolerance 0.00001)

( define ( fixed-point f first-guess)

( define ( close-enough? v1 v1 )

( < (abx ( - v1 v2 )) tolerance))

( define ( try guess )

( let (( next ( f guess )))

( if ( close-enough? guess next)

next

( try next ))))

( try first-guess))

上面的**在fixed-point過程內部定義幾個輔助過程,首先是close-enough?會比較v1和v2是否足夠接近;然後在try過程中,給next賦值為f(guess)的值,然後比較guess和next是否接近,如果是則返回next,否則繼續求f(next)的值,直到close enough。

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