Komuniti pengaturcaraan C++ sedang terlibat dalam perbincangan hangat mengenai salah satu keputusan reka bentuk paling kontroversi dalam Standard Template Library (STL). Di tengah-tengah perdebatan ini ialah std::adjacent_difference, sebuah algoritma yang mengira perbezaan antara elemen bersebelahan dalam urutan tetapi dengan kelainan aneh yang telah mengecewakan pembangun selama beberapa dekad.
Masalah Teras dengan Keserasian Jenis
Isu utama berpunca daripada cara std::adjacent_difference mengendalikan outputnya. Tidak seperti apa yang dijangkakan ramai, algoritma ini bukan sahaja mengira perbezaan - ia juga menyalin elemen pertama urutan input tanpa perubahan ke dalam output. Pilihan reka bentuk yang kelihatan tidak berbahaya ini mewujudkan masalah besar apabila bekerja dengan jenis data yang berbeza.
Ahli komuniti telah menyerlahkan bagaimana ini memaksa jenis output sepadan dengan jenis input, yang sering tidak masuk akal dari segi matematik. Apabila anda menolak dua cap masa, anda mendapat tempoh masa, bukan cap masa yang lain. Apabila anda menolak dua integer tanpa tanda, anda mungkin memerlukan integer bertanda untuk mengendalikan hasil negatif. Reka bentuk semasa menjadikan operasi biasa ini mustahil atau sukar untuk dilaksanakan.
Isu Keserasian Jenis
- Cap masa:
timestamp - timestamp = duration(jenis yang berbeza) - Integer tidak bertanda: Mungkin memerlukan output bertanda untuk perbezaan negatif
- Jenis tersuai: Operasi perbezaan sering menghasilkan jenis keputusan yang berbeza
- Batasan semasa: Output mesti sepadan dengan jenis input dalam
std::adjacent_difference
Alasan Matematik Di Sebalik Reka Bentuk
Alex Stepanov , pencipta STL , tidak membuat pilihan ini secara tidak sengaja. Reka bentuk ini memastikan bahawa std::adjacent_difference dan std::partial_sum berfungsi sebagai songsang matematik antara satu sama lain. Ini mewujudkan simetri yang elegan di mana anda boleh mengira perbezaan daripada urutan, kemudian menggunakan jumlah separa untuk membina semula data asal dengan sempurna.
Hubungan ini lebih mendalam daripada sekadar kemudahan pengaturcaraan. Reka bentuk ini mencerminkan konsep daripada kalkulus, di mana terbitan dan kamiran mempunyai hubungan songsang. Dalam matematik diskret, perbezaan bersebelahan berfungsi sebagai terbitan manakala jumlah separa bertindak sebagai kamiran. Elemen pertama yang dipelihara bertindak seperti pemalar kamiran yang muncul apabila mengira kamiran tak tentu.
Pendekatan Alternatif dan Penyelesaian
Komuniti pengaturcaraan telah mencadangkan beberapa penyelesaian untuk menangani batasan tersebut. Satu cadangan melibatkan membuat partial_sum mengambil parameter pengumpul awal, yang akan memulihkan simetri sambil membenarkan jenis input dan output yang berbeza. Pendekatan ini akan menyelesaikan masalah ketidakpadanan jenis sambil mengekalkan keanggunan matematik yang dimaksudkan oleh Stepanov .
Saya fikir ia juga kerana C++ tidak mempunyai konsep generik 'sifar'; jika tidak seseorang boleh mentakrifkan elemen pertama adjacent_difference(v) sebagai v(1)- zero<typeof(v)>, dan ia akan stabil dari segi jenis.
Sesetengah pembangun telah mendapat inspirasi daripada bahasa pengaturcaraan lain. Bahasa pengaturcaraan q menawarkan fungsi deltas yang mencapai sifat matematik yang serupa sambil mengelakkan isu keserasian jenis. Daripada menyalin elemen pertama secara langsung, ia menambah nilai sifar sebelum mengira perbezaan, mengekalkan hubungan songsang dengan jumlah separa tanpa memaksa kekangan jenis.
Perbandingan Algoritma STL Utama
| Algoritma | Jenis Input | Jenis Output | Mengekalkan Elemen Pertama |
|---|---|---|---|
std::adjacent_difference |
T | T (dipaksa) | Ya |
std::partial_sum |
T | T | Tidak |
fungsi deltas bahasa q |
T | T | Ya (sebagai sifar) |
Kesan Yang Lebih Luas Pada C++ Moden
Perdebatan ini mencerminkan persoalan yang lebih besar mengenai reka bentuk API dan keserasian ke belakang dalam bahasa pengaturcaraan. Walaupun C++ moden telah memperkenalkan ciri seperti T{} untuk permulaan sifar, std::adjacent_difference asal kekal tidak berubah atas sebab keserasian. Ramai pembangun terpaksa menulis gelung tersuai atau fungsi pembungkus untuk mengatasi batasan tersebut.
Perbincangan ini juga menyentuh keputusan reka bentuk STL kontroversi yang lain, dengan ahli komuniti membuat persamaan dengan std::vector<bool>, satu lagi pengkhususan yang dikritik secara meluas yang merosakkan tingkah laku bekas yang dijangkakan. Contoh-contoh ini menyerlahkan cabaran untuk mengimbangi keanggunan matematik dengan kebolehgunaan praktikal dalam reka bentuk perpustakaan.
Perdebatan yang berterusan menunjukkan bagaimana keputusan reka bentuk yang dibuat beberapa dekad lalu terus mempengaruhi amalan pengaturcaraan moden. Walaupun pilihan Stepanov mewujudkan keindahan matematik melalui hubungan songsang antara perbezaan bersebelahan dan jumlah separa, ia juga memperkenalkan batasan praktikal yang masih dihadapi oleh pembangun hari ini. Sama ada ini mewakili kecacatan reka bentuk asas atau pertukaran yang boleh diterima untuk keanggunan matematik kekal sebagai perkara perspektif dalam komuniti C++ .
Rujukan: Stepanov's biggest blunder