Чому так багато мов передається за значенням?

Навіть мови, де у вас є явні маніпуляції з покажчиком, як C, це завжди передається за значенням (ви можете передавати їх за посиланням, але це не поведінка за замовчуванням).

Яка користь від цього, чому стільки мов передаються за значеннями і чому інші передаються за посиланням ? (Я розумію, що Haskell передається через посилання, хоча я не впевнений).

Передача за значенням часто безпечніша, ніж передача посилання, тому що ви не можете випадково змінити параметри свого методу / функції. Це робить мову простішою у використанні, оскільки вам не потрібно турбуватися про змінні, які ви надаєте функції. Ви знаєте, що вони не будуть змінені, і це часто те, що ви очікуєте .

Однак якщо ви хочете змінити параметри, вам потрібно виконати явну операцію, щоб зробити це зрозумілим (передайте вказівник). Це змусить усіх ваших абонентів здійснити виклик дещо інакше ( &variable, в С), і це стане очевидним, що параметр змінної може бути змінений.

Отже, тепер ви можете припустити, що функція не змінить ваш змінний параметр, якщо тільки це не позначено явно (вимагаючи передати вказівник). Це більш безпечне та чистіше рішення, ніж альтернатива: припустимо, що все може змінити ваші параметри, якщо вони конкретно не скажуть, що не можуть.

Call-by-value та call-by-reference - це методи реалізації, які давно помилялися в режимах передачі параметрів.

На початку був FORTRAN. FORTRAN мав лише виклик за посиланням, оскільки підпрограми повинні були мати змогу змінювати свої параметри, а обчислювальні цикли були надто дорогими для дозволу декількох режимів передачі параметрів, плюс мало що було відомо про програмування, коли FORTRAN був вперше визначений.

ALGOL придумав дзвінки по імені та за закликом за значенням. Значення дзвінка для речей, які не мали бути змінені (вхідні параметри). Call-by-name було для вихідних параметрів. Виклик за назвою виявився головним кроком, і ALGOL 68 скинув його.

PASCAL надав дзвінки за вартістю та за посиланням. Це не дало жодного способу програмісту сказати компілятору, що він передає великий об'єкт (як правило, масив) за посиланням, щоб уникнути зриву стека параметрів, але що об'єкт не слід змінювати.

PASCAL додав покажчики до лексикону дизайну мови.

C надає заклик за значенням і моделює виклик за посиланням, визначаючи оператора kludge для повернення покажчика на довільний об'єкт у пам'яті.

Пізніші мови скопіювали C, головним чином тому, що дизайнери ніколи не бачили нічого іншого. Це, мабуть, тому вартість дзвінків настільки популярна.

C ++ додав кляж зверху на C Cludge, щоб забезпечити виклик за посиланням.

Тепер, як прямий результат виклику за значенням проти виклику за посиланням проти заклику за вказівником, програма C і C ++ (програмісти) мають жахливі головні болі з покажчиками const та покажчиками на const (лише для читання) об’єкти.

Ада вдалося уникнути цього цілого кошмару.

Ада не має явного виклику за значенням проти виклику за посиланням. Швидше за все, у Ada є параметри (які можуть бути прочитані, але не записані), параметри (які ОБОВ'ЯЗКОВО записати, перш ніж їх можна прочитати), а також параметри, які можна прочитати та записати в будь-якому порядку. Компілятор вирішує, чи передається певний параметр за значенням або посиланням: він прозорий для програміста.

Прохід за посиланням дозволяє отримати дуже тонкі непередбачувані побічні ефекти, які дуже важко, поряд з неможливим простежити, коли вони починають викликати ненавмисну ​​поведінку.

Передача за значенням, особливо final, staticабо constвхідні параметри, змушує весь цей клас помилок зникати.

Мови, що змінюються, ще більш детерміновані і простіше міркувати і розуміти, що відбувається і що, як очікується, вийде з функції.

Чому так багато мов передається за значенням?

Сенс розбиття великих програм на невеликі підпрограми полягає в тому, що ви можете міркувати про підпрограми самостійно. Перехід за посиланням порушує цю властивість. (Як і спільний стан, що змінюється).

Навіть мови, де у вас є явні маніпуляції з покажчиком, як C, це завжди передається за значенням (ви можете передавати їх за посиланням, але це не поведінка за замовчуванням).

Насправді, C завжди є прохідною цінністю, ніколи не пропускається посиланням. Ви можете взяти адресу чогось і передати цю адресу, але адреса все одно буде передана за значенням.

Яка користь від цього, чому стільки мов передаються за значеннями і чому інші передаються за посиланням ?

Існує дві основні причини використання прохідних посилань:

1. моделювання декількох повернених значень
2. ефективність

Особисто я вважаю, що №1 є хибним: це майже завжди привід для поганого API та / або мовного дизайну:

1. Якщо вам потрібно кілька повернених значень, не імітуйте їх, просто використовуйте мову, яка їх підтримує.

2. Ви можете так само добре імітувати кілька повернених значень, упаковуючи їх у деяку легку структуру даних, наприклад кортеж. Це особливо добре працює, якщо мова підтримує узгодження шаблону або руйнування прив'язки. Наприклад, Ruby:

   def foo
     # This is actually just a single return value, an array: [1, 2, 3]
     return 1, 2, 3
   end
   
   # Ruby supports destructuring bind for arrays: a, b, c = [1, 2, 3]
   one, two, three = foo
   

3. Часто вам навіть не потрібно кілька повернених значень. Наприклад, одна популярна модель полягає в тому, що підпрограма повертає код помилки і фактичний результат записується назад за посиланням. Натомість слід просто кинути виняток, якщо помилка несподівана, або повернути значення, Either<Exception, T>якщо помилка очікується. Інша закономірність - повернути булеве значення, яке вказує, чи була операція успішною, і повертає фактичний результат шляхом посилання. Знову ж таки, якщо збій несподіваний, слід замість цього викинути виняток, якщо очікується збій, наприклад, шукаючи значення у словнику, вам слід повернути Maybe<T>а.

Передача посилань може бути ефективнішою, ніж пропускна вартість, тому що вам не доведеться копіювати значення.

(Я розумію, що Haskell передається через посилання, хоча я не впевнений).

Ні, Haskell не є прохідним посиланням. Він також не є прохідним значенням. "Посилання на посилання" та "пропускна вартість" - це суворі стратегії оцінювання, але Хаскелл не суворий.

Справді, специфікація Haskell не визначає який - або конкретної стратегії оцінки. У більшості реалізацій Hakell використовується суміш дзвінків за іменем та "за потребою" (варіант "дзвінок за іменем" із запам'ятовуванням), але стандарт цього не передбачає.

Зауважте, що навіть для строгих мов не має сенсу розмежовувати пропускну посилання або пропускну цінність для функціональних мов, оскільки різницю між ними можна спостерігати лише в тому випадку, коли ви мутуєте посилання. Тому реалізатор вільний вибирати між двома, не порушуючи семантики мови.

Існує різна поведінка залежно від моделі виклику мови, типу аргументів та моделей пам'яті мови.

За допомогою простих нативних типів проходження за значенням дозволяє передавати значення в регістри. Це може бути дуже швидко, оскільки значення не потрібно завантажувати з пам'яті, а також зберігати назад. Подібна оптимізація можлива і просто шляхом повторного використання пам’яті, яка використовується аргументом, як тільки виклик буде виконаний з нею, не ризикуючи возитися з копією об'єкта викликаючого. Якби аргумент був тимчасовим об'єктом, ви, ймовірно, зберегли б повну копію, роблячи це (C ++ 11 зробить подібну оптимізацію ще більш очевидною завдяки новому правильному посиланню та його семантичному переміщенню).

У багатьох мовах OO (C ++ - більше виняток у цьому контексті), ви не можете передавати об'єкт за значенням. Ви змушені передати це посиланням. Це робить код поліморфним за замовчуванням і є більш впорядкованим з поняттям примірників, належних OO. Крім того, якщо ви хочете передати цінність, ви повинні зробити копію самостійно, визнавши вартість виконання, що призвело до такої дії. У цьому випадку мова вибирає для вас підхід, який швидше за все дасть вам найкращі показники.

Що стосується функціональних мов, то, мабуть, проходження повного значення чи посилання - це просто питання оптимізації. Оскільки функції такою мовою є чистими і настільки вільними від побічних ефектів, насправді немає причин копіювати значення, крім швидкості. Я навіть майже впевнений, що така мова часто ділиться однією і тією ж копією об'єктів з однаковими значеннями, можливістю лише у тому випадку, якщо ви використовували семантичний пропуск (const). Python також використовував цей трюк для цілих і загальних рядків (наприклад, методів та назв класів), пояснюючи, чому цілі чи рядки є постійними об'єктами в Python. Це також допомагає знову оптимізувати код, дозволяючи, наприклад, порівняння вказівників замість порівняння вмісту та ледачу оцінку деяких внутрішніх даних.

Ви можете передавати вираз за значенням, це природно. Передача вираження (тимчасової) посилання ... дивна.

Якщо ви переходите за посиланням, то ви завжди завжди працюєте з глобальними цінностями, з усіма проблемами глобальної сфери (а саме сферою дії та непередбачуваними побічними ефектами).

Посилання, як і глобальні, іноді корисні, але вони не повинні бути вашим першим вибором.