Які засоби існують для функціонального програмування на C?

Останнім часом я багато думав про те, як займатися функціональним програмуванням на C (а не на C ++). Очевидно, що C є процедурною мовою і насправді не підтримує функціональне програмування.

Чи є компілятори / розширення мови, які додають до мови деякі функціональні конструктивні програми? GCC надає вкладені функції як розширення мови; вкладені функції можуть отримати доступ до змінних з батьківського кадру стека, але це ще далеко від зрілих закриттів.

Наприклад, одна річ, яка, на мою думку, може бути дуже корисною для C - це те, що в будь-якому місці, де очікується функціональний покажчик, ви зможете передати лямбда-вираз, створивши закриття, яке перетворюється на функціональний покажчик. C ++ 0x буде включати лямбда-вирази (що, на мою думку, є дивним); однак я шукаю інструменти, застосовні до прямої C.

[Редагувати] Для уточнення, я не намагаюся вирішити конкретну проблему в C, яка була б більше підходить для функціонального програмування; Мені просто цікаво, які інструменти є там, якби я хотів це зробити.

FFCALL дозволяє будувати закриття в C - callback = alloc_callback(&function, data)повертає функціональний покажчик таким, який callback(arg1, ...)еквівалентний виклику function(data, arg1, ...). Однак вам доведеться обробляти сміття вручну.

Аналогічно, блоки були додані до вилки Apple GCC; вони не функціонують вказівниками, але вони дозволяють вам обходити лямбда, уникаючи необхідності створювати та звільняти сховище для захоплених змінних вручну (фактично, відбувається деяке копіювання та підрахунок посилань, приховане за деякими синтаксичними бібліотеками цукру та часу виконання).

Ви можете використовувати вкладені функції GCC для імітації лямбда-виразів. Насправді у мене є макрос, щоб зробити це для мене:

#define lambda(return_type, function_body) \
  ({ \
    return_type anon_func_name_ function_body \
    anon_func_name_; \
  })

Використовуйте так:

int (*max)(int, int) = lambda (int, (int x, int y) { return x > y ? x : y; });

Функціональне програмування - це не лямбда, це все про чисті функції. Отже, наступне широке просування функціонального стилю:

1. Використовуйте лише аргументи функції, не використовуйте глобальний стан.

2. Мінімізуйте побічні ефекти, тобто printf або будь-який IO. Поверніть дані, що описують IO, який може бути виконаний, а не викликати побічні ефекти безпосередньо у всіх функціях.

Цього можна досягти в простому с, не потрібно магії.

Книгу Hartel & Muller, Функціонал C , сьогодні (2012-01-02) можна знайти за адресою: http://eprints.eemcs.utwente.nl/1077/ (є посилання на версію PDF).

Необхідною умовою функціонального стилю програмування є функція першого класу. Це може бути імітовано на портативному С, якщо ви терпите наступне:

• ручне управління лексичними прив'язками сфери, відомі також як закриття.
• ручне управління життєвими функціями змінних.
• альтернативний синтаксис функції застосування / виклик функції.

/* 
 * with constraints desribed above we could have
 * good approximation of FP style in plain C
 */

int increment_int(int x) {
  return x + 1;
}

WRAP_PLAIN_FUNCTION_TO_FIRST_CLASS(increment, increment_int);

map(increment, list(number(0), number(1)); // --> list(1, 2)


/* composition of first class function is also possible */

function_t* computation = compose(
  increment,
  increment,
  increment
);

*(int*) call(computation, number(1)) == 4;

Час виконання такого коду може бути таким же невеликим, як один нижче

struct list_t {
  void* head;
  struct list_t* tail;
};

struct function_t {
   void* (*thunk)(list_t*);
   struct list_t* arguments;
}

void* apply(struct function_t* fn, struct list_t* arguments) {
  return fn->thunk(concat(fn->arguments, arguments));
}

/* expansion of WRAP_PLAIN_FUNCTION_TO_FIRST_CLASS */
void* increment_thunk(struct list_t* arguments) {
  int x_arg = *(int*) arguments->head;
  int value = increment_int(x_arg);
  int* number = malloc(sizeof *number);

  return number ? (*number = value, number) : NULL;
}

struct function_t* increment = &(struct function_t) {
  increment_thunk,
  NULL
};

/* call(increment, number(1)) expands to */
apply(increment, &(struct list_t) { number(1), NULL });

По суті, ми імітуємо функцію першого класу із закриттями, представленими у вигляді пари функцій / аргументів плюс купу макрозів. Повний код можна знайти тут .

Головне, що спадає на думку, - це використання генераторів коду. Чи хотіли б ви програмувати на іншій мові, яка забезпечує функціональне програмування, а потім генерувати з цього коду С?

Якщо це не привабливий варіант, ви можете зловживати CPP, щоб потрапити на частину шляху. Макросистема повинна дозволяти вам наслідувати деякі ідеї функціонального програмування. Я чув, як кажуть, що gcc реалізований таким чином, але я ніколи не перевіряв.

Звичайно, можна передати функції навколо функціональних покажчиків, основні проблеми - відсутність закриттів і система типу, як правило, перешкоджає. Ви можете досліджувати більш потужні макросистеми, ніж CPP, такі як M4. Я думаю, в кінцевому рахунку, те, що я припускаю, полягає в тому, що справжній C не вирішує завдання без великих зусиль, але ви можете розширити C, щоб зробити його до виконання завдання. Це розширення буде найбільше схожим на C, якщо ви використовуєте CPP або ви можете перейти на інший кінець спектру та генерувати код C з іншої мови.

Якщо ви хочете реалізувати закриття, вам доведеться перейнятися мовою складання та заміною / керуванням стеками. Не рекомендуючи проти цього, просто кажу, що це вам доведеться зробити.

Не впевнений, як ви будете обробляти анонімні функції в C. На машині фон Неймана ви могли б виконувати анонімні функції в asm.

Подивіться книгу Hartel & Muller, Function C

http://www.ub.utwente.nl/webdocs/ctit/1/00000084.pdf
http://www.cs.bris.ac.uk/~henkm/f2c/index.html

Мова Фелікса компілюється на C ++. Можливо, це може бути кроком, якщо ви не заперечуєте проти C ++.

Ну досить багато мов програмування написано на C. І деякі з них підтримують функції як громадян першого класу, мови в цій області - це ecl (embbedabble common lisp IIRC), Gnu Smalltalk (gst) (Smalltalk має блоки), то є бібліотеки для "закриття", наприклад, у glib2 http://library.gnome.org/devel/gobject/unstable/chapter-signal.html#closure, який принаймні наблизився до функціонального програмування. Тому можливо використання деяких із цих реалізацій для функціонального програмування.

Ну або ви можете піти вивчати Ocaml, Haskell, Mozart / Oz тощо ;-)

З повагою

Шлях, що я займався функціональним програмуванням на C, полягав у написанні функціонального інтерпретатора мови в C. Я назвав його Fexl, що скорочено "Function EXpression Language".

Інтерпретатора дуже мало, в моїй системі ввімкнено до 68 К з включеним -O3. Це не іграшка - я використовую її для всього нового виробничого коду, який я пишу для свого бізнесу (веб-облік інвестиційних партнерств.)

Тепер я записую код C лише до (1), щоб додати вбудовану функцію, яка викликає системну процедуру (наприклад, fork, exec, setrlimit тощо), або (2) оптимізувати функцію, яка в іншому випадку могла бути записана у Fexl (наприклад, пошук для підстрочки).

Модульний модуль заснований на концепції "контексту". Контекст - це функція (написана у Fexl), яка відображає символ до його визначення. Коли ви читаєте файл Fexl, ви можете вирішити його в будь-якому контексті. Це дозволяє створювати власні середовища або запускати код у обмеженій "пісочниці".

http://fexl.com

Що з C, яке ви хочете зробити функціональним, синтаксисом чи семантикою? Семантика функціонального програмування, безумовно, може бути додана до компілятора С, але до того моменту, як ви це зробили, ви по суті мали б еквівалент однієї з існуючих функціональних мов, таких як схема, Haskell тощо.

Було б краще використовувати час, щоб просто вивчити синтаксис тих мов, які безпосередньо підтримують цю семантику.

Не знаю про C. Існують деякі функціональні особливості в Objective-C, хоча GCC на OSX також підтримує деякі функції, однак я знову рекомендую почати використовувати функціональну мову, тут багато згаданих вище. Я особисто почав зі схеми, є кілька чудових книг, таких як Маленький Схемер, які можуть допомогти вам це зробити.