تركيب الدوال (علوم الحاسوب)

في علم الحاسوب ، يُعدّ تركيب الدوال عملية أو آلية لدمج الدوال البسيطة لبناء دوال أكثر تعقيدًا. وكما هو الحال في تركيب الدوال في الرياضيات ، تُمرّر نتيجة كل دالة كمعامل للدالة التالية، وتكون نتيجة الدالة الأخيرة هي نتيجة العملية الكلية.

كثيرًا ما يستخدم المبرمجون الدوال لنتائج دوال أخرى، وتسمح بذلك معظم لغات البرمجة. في بعض الحالات، يكون تركيب الدوال مفيدًا كدالة مستقلة تُستخدم لاحقًا. يمكن دائمًا تعريف مثل هذه الدالة، لكن اللغات التي تدعم الدوال من الدرجة الأولى تُسهّل هذه العملية.

إن القدرة على تركيب الدوال بسهولة تشجع على تجزئة الدوال (تقسيمها) لتحسين سهولة الصيانة وإعادة استخدام الكود . وبشكل عام، يمكن بناء الأنظمة الكبيرة من خلال تركيب برامج كاملة.

بالمعنى الدقيق، ينطبق تركيب الدوال على الدوال التي تعمل على كمية محدودة من البيانات، حيث تعالج كل خطوة منها البيانات بالتتابع قبل تمريرها إلى الخطوة التالية. أما الدوال التي تعمل على بيانات غير محدودة (مثل تدفق البيانات أو غيرها من البيانات المشفرة ) فتُعرف باسم المرشحات ، وهي متصلة في مسار معالجة ، وهو ما يُشابه تركيب الدوال ويمكن تنفيذها بشكل متزامن .

على سبيل المثال، لنفترض أن لدينا دالتين f و g ، كما في z = f ( y ) و y = g ( x ) . تركيبهما يعني أننا نحسب أولاً y = g ( x ) ، ثم نستخدم y لحساب z = f ( y ) . إليك المثال بلغة C :

float x , y , z ; // ... y = g ( x ); z = f ( y );

يمكن دمج الخطوات إذا لم نُعطِ اسمًا للنتيجة الوسيطة:

z = f ( g ( x ));

على الرغم من اختلاف طولهما، فإن هاتين الطريقتين تُنتجان النتيجة نفسها. تتطلب الطريقة الثانية سطرًا واحدًا فقط من التعليمات البرمجية، ويُشار إليها عادةً باسم "الطريقة المركبة للغاية". تُعد سهولة القراءة، وبالتالي سهولة الصيانة، إحدى مزايا الطرق المركبة للغاية، نظرًا لأنها تتطلب عددًا أقل من أسطر التعليمات البرمجية، مما يُقلل من "مساحة البرنامج". ^{[ 1 ]} وقد أثبت ديماركو وليستر تجريبيًا وجود علاقة عكسية بين مساحة البرنامج وسهولة صيانته. ^{[ 2 ]} من ناحية أخرى، قد يكون من الممكن الإفراط في استخدام الطرق المركبة للغاية. إذ قد يؤدي تداخل عدد كبير جدًا من الدوال إلى نتيجة عكسية، مما يجعل التعليمات البرمجية أقل قابلية للصيانة.

في لغة تعتمد على بنية المكدس ، يصبح التركيب الوظيفي أكثر طبيعية: إذ يتم تنفيذه عن طريق الربط ، وهو عادةً الأسلوب الأساسي لتصميم البرامج. المثال أعلاه مكتوب بلغة فورث :

صديقتي

سيأخذ هذا ما كان موجودًا في المكدس سابقًا، ويطبق عليه الدالة g، ثم الدالة f، ويترك النتيجة في المكدس. انظر إلى تدوين التركيب اللاحق للاطلاع على التدوين الرياضي المقابل.

لنفترض الآن أن الجمع بين استدعاء f() على نتيجة g() مفيد بشكل متكرر، والذي نريد تسميته foo() ليتم استخدامه كدالة في حد ذاته.

في معظم لغات البرمجة، يمكننا تعريف دالة جديدة يتم تنفيذها باستخدام التركيب. مثال في لغة C :

float foo ( float x ) { return f ( g ( x )); }

(الصيغة المطولة مع الوسائط ستفي بالغرض أيضاً.) مثال بلغة فورث :

 foo gf ;

في لغات مثل لغة C ، الطريقة الوحيدة لإنشاء دالة جديدة هي تعريفها في مصدر البرنامج، مما يعني أنه لا يمكن تركيب الدوال أثناء التشغيل . مع ذلك، يُمكن تقييم أي تركيبة من الدوال المُعرَّفة مسبقًا.

#include <stdio.h>typedef int FXN ( int );int f ( int x ) { return x + 1 ; } int g ( int x ) { return x * 2 ; } int h ( int x ) { return x - 3 ; }int eval ( FXN * fs [], int size , int x ) { for ( int i = 0 ; i < size ; i ++ ) x = ( * fs [ i ])( x );أعد x ؛ }int main () { // ((6 + 1) * 2) - 3 = 11 FXN * arr [] = { f , g , h }; printf ( "%d \n " , eval ( arr , 3 , 6 ));// ((6 - 3) * 2) + 1 = 7 arr [ 2 ] = f ; arr [ 0 ] = h ; printf ( "%d \n " , eval ( arr , 3 , 6 )); }

في لغات البرمجة الوظيفية ، يمكن التعبير عن تركيب الدوال بشكل طبيعي باستخدام دالة أو عامل من الرتبة العليا . أما في لغات البرمجة الأخرى، فيمكنك كتابة آلياتك الخاصة لتنفيذ تركيب الدوال.

foo = f . g

( . ) :: ( b -> c ) -> ( a -> b ) -> a -> c f . g = \ x -> f ( g x )

f g x y

( . ) . ( . )

( define ( compose.fs ) ( if ( null? fs ) ( lambda ( x ) x ) ; إذا لم يتم إعطاء أي وسيط، فسيتم تقييمها إلى دالة التطابق ( lambda ( x ) (( car fs ) (( apply compose ( cdr fs ) ) x ))))); أمثلة ( تعريف ( إضافة علامة تعجب str ) ( إلحاق سلسلة نصية str "!" ))( define givebang ( compose string->symbol add-a-bang symbol->string ))( givebang 'set ) ; ===> set!; تركيب مجهول (( تركيب جذر تربيعي - تربيع ) 5 ) ; ===> 0+5i

foo ← f ∘ g

o ← { ⍺⍺ ⍵⍵ ⍵ }

∇ r ← ( f o g ) x r ← f g x ∇

my & foo = & f ∘ & g ;

# يختلف التنفيذ قليلاً هنا لأنه يتحايل على صيغة proto sub infix :<∘> (&?, &?) is equiv(&[~]) is assoc<left> { * }multi sub infix :<∘> () { *. self } # يسمح لـ `[∘] @array` بالعمل عندما تكون `@array` فارغة multi sub infix :<∘> (&f) { & f } # يسمح لـ `[∘] @array` بالعمل عندما تحتوي `@array` على عنصر واحد multi sub infix :<∘> (&f, &g --> Block) { ( & f ) . count > 1 ?? -> | args { f | g | args } !! -> | args { f g | args } }# قم بتعريفه على أنه تهجئة "تكساس" (كل شيء أكبر، و ASCII في تكساس) بادئة & الخاصة بي : <o> : = بادئة & : <∘> ;

دالة foo ( a : عدد صحيح ): سلسلة نصية = $ a دالة bar ( a : سلسلة نصية ، count : عدد صحيح ): seq [ سلسلة نصية ] = for i in 0 .. < count : result.add ( a ) دالة baz ( a : seq [ سلسلة نصية ] ) = for i in a : echo i# مكافئ! echo foo ( 5 ) .bar ( 6 ) .baz () echo baz ( bar ( 6 , foo ( 5 )))

من functools استورد reduce ومن typing استورد Callabledef compose ( * funcs ) -> Callable [[ int ], int ]: """تُركّب مجموعة من الدوال (f(g(h(...)))) في دالة مركبة واحدة.""" return reduce ( lambda f , g : lambda x : f ( g ( x )), funcs )# مثال : f = λx : x + 1 ، g = λx : x * 2 ، h = λx : x - 3# استدعاء الدالة x=10 : ((x - 3) * 2) + 1 = 15 print ( compose ( f , g , h )( 10 ))

دالة o ( f , g ) { return دالة ( x ) { return f ( g ( x )); } }// بدلاً من ذلك، باستخدام عامل الإرجاع وتعبيرات لامدا في ES2015: const compose = (... fs ) => ( x ) => fs . reduceRight (( acc , f ) => f ( acc ), x )

// مثال على الاستدعاء: // var c = f.ComposeWith(g); // // Func<int, bool> g = _ => ... // Func<bool, string> f = _ => ...public static Func < T1 , T3 > ComposeWith < T1 , T2 , T3 > ( this Func < T2 , T3 > f , Func < T1 , T2 > g ) => x => f ( g ( x ));

class Proc def compose ( other_fn ) -> ( * as ) { other_fn.call ( call ( * as ) ) } end alias_method : + , :compose endf = -> ( x ) { x * 2 } g = -> ( x ) { x ** 3 } ( f + g ) .call ( 12 ) # = > 13824

f = proc { | x | x + 2 } g = proc { | x | x * 3 } ( f << g ) . call ( 3 ) # -> 11; مطابقة لـ f(g(3)) ( f >> g ) . call ( 3 ) # -> 15; مطابقة لـ g(f(3))

إن مفاهيم التأليف، بما في ذلك مبدأي التأليف والتركيب ، منتشرة على نطاق واسع لدرجة أنها أدت إلى ظهور العديد من فروع البحث بشكل منفصل. وفيما يلي عينة من أنواع الأبحاث التي يحتل فيها مفهوم التأليف مكانة مركزية.

• قام ستيل (1994) بتطبيق تركيب الدوال بشكل مباشر على تجميع لبنات البناء المعروفة باسم " monads " في لغة البرمجة Haskell .
• تناول ماير (1988) مشكلة إعادة استخدام البرمجيات من حيث قابلية التركيب.
• قام عبادي ولامبورت (1993) بتعريف قاعدة إثبات رسمية للتركيب الوظيفي تضمن سلامة البرنامج وحيويته.
• حدد كراخت (2001) شكلاً معززاً من التركيبية من خلال وضعها في نظام سيميائي وتطبيقها على مشكلة الغموض الهيكلي الذي يصادف بشكل متكرر في اللغويات الحاسوبية .
• قام فان جيلدر وبورت (1993) بدراسة دور التركيبية في الجوانب التناظرية لمعالجة اللغة الطبيعية.
• وفقًا لمراجعة أجراها جيبونز (2002) ، فإن المعالجة الرسمية للتكوين تكمن وراء التحقق من صحة تجميع المكونات في لغات البرمجة المرئية مثل Visual Age من IBM للغة Java .

يمكن التعامل مع البرامج أو الأنظمة بأكملها كدوال، والتي يمكن تركيبها بسهولة إذا كانت مدخلاتها ومخرجاتها محددة جيدًا. ^{[ 7 ]} وقد حققت خطوط الأنابيب التي تسمح بالتركيب السهل للمرشحات نجاحًا كبيرًا لدرجة أنها أصبحت نمطًا تصميميًا لأنظمة التشغيل.

تُخالف الإجراءات الإجرائية ذات الآثار الجانبية مبدأ الشفافية المرجعية ، وبالتالي لا يمكن تركيبها بسهولة. مع ذلك، إذا اعتبرنا "حالة العالم" قبل وبعد تنفيذ الكود بمثابة مدخلات ومخرجات، نحصل على دالة سليمة. يتوافق تركيب هذه الدوال مع تنفيذ الإجراءات واحدًا تلو الآخر. يستخدم نموذج الموناد هذه الفكرة لدمج الآثار الجانبية والمدخلات/المخرجات في اللغات الوظيفية.

• الكاري
• التفكيك الوظيفي
• وراثة التنفيذ
• دلالات الوراثة
• المكرر
• خط الأنابيب (يونكس)
• مبدأ التركيبية
• الميراث الافتراضي

• عبادي، مارتن ؛ لامبورت، ليزلي (1993)، "تأليف المواصفات" (ملف PDF) ، معاملات ACM في لغات البرمجة والأنظمة ، 15 (1): 73-132 ، doi : 10.1145/151646.151649.
• كوكس، براد (1986)، البرمجة الكائنية التوجه: منهج تطوري ، ريدينغ، ماساتشوستس: أديسون-ويسلي، رمز Bibcode : 1986oopa.book.....C ، رقم ISBN 978-0-201-54834-1.
• داوم، هال 3، درس تعليمي آخر في لغة هاسكل.
• ديماركو، توم ؛ ليستر، تيم (1995)، "تطوير البرمجيات: أحدث التقنيات مقابل أحدث الممارسات"، في ديماركو، توم (محرر)، لماذا تكلف البرمجيات الكثير، وألغاز أخرى من عصر المعلومات ، نيويورك، نيويورك: دار دورست هاوس، ISBN 0-932633-34-X.
• فان جيلدر، تيموثي ؛ بورت، روبرت (1993)، "ما وراء الرمزي: مقدمة إلى كاماسوترا التركيبية"، في هونافار، فاسانت ؛ أور، ليونارد (محرران)، معالجة الرموز والنماذج الترابطية في الذكاء الاصطناعي والإدراك: خطوات نحو التكامل ، دار النشر الأكاديمية.
• جيبونز، جيريمي (2002)، "نحو دلالات قائمة على حدود التنسيق للبرمجة المرئية"، في أرباب، فرهاد؛ تالكوت، كارولين (محرران)، وقائع المؤتمر الدولي الخامس حول نماذج ولغات التنسيق (ملف PDF) ، سلسلة محاضرات في علوم الحاسوب، المجلد  2315، سبرينغر-فيرلاغ، الصفحات 339-350 ، doi : 10.1007/3-540-46000-4_18 ، ISBN  978-3-540-43410-8.
• كورن، هنري؛ ليبري، ألبرت (1974)، مدخل تمهيدي للدوال ، نيويورك، نيويورك: ماكجرو هيل، ISBN 0-07-035339-5.
• كراخت، ماركوس (2001)، "التركيبية الصارمة وقواعد الحركة الحرفية"، وقائع المؤتمر الدولي الثالث حول الجوانب المنطقية للغويات الحاسوبية ، سلسلة محاضرات في علوم الحاسوب، المجلد  2014، دار نشر سبرينغر، الصفحات 126-143 ، doi : 10.1007/3-540-45738-0_8 ، ISBN  978-3-540-42251-8.
• ماير، برتراند (1988)، بناء البرمجيات الموجهة للكائنات ، نيويورك، نيويورك: برنتيس هول، ص 13-15 ، ISBN  0-13-629049-3.
• ميلر، جورج أ. (1956)، "الرقم السحري سبعة، زائد أو ناقص اثنين: بعض القيود على قدرتنا على معالجة المعلومات" ، مجلة علم النفس ، 63 (2): 81-97 ، doi : 10.1037/h0043158 ، hdl : 11858/00-001M-0000-002C-4646-B ، PMID 13310704 ، مؤرشف من الأصل في 19 يونيو 2010 ، تم استرجاعه في 2 مايو 2010 .
• بيرس، بنجامين سي؛ تيرنر، ديفيد ن. (2000)، "بيكت: لغة برمجة مبنية على حساب باي"، البرهان، اللغة، والتفاعل: مقالات تكريمًا لروبن ميلنر ، سلسلة أسس الحوسبة، كامبريدج، ماساتشوستس: مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الصفحات 455-494 ، ISBN  0-262-16188-5.
• ريموند، إريك س. (2003)، "1.6.3 قاعدة التركيب: تصميم البرامج بحيث تكون متصلة ببرامج أخرى" ، فن برمجة يونكس ، أديسون-ويسلي، ص 15-16 ، ISBN  978-0-13-142901-7.
• ستيل، جاي إل. الابن (1994)، "بناء المفسرات من خلال تركيب المونادات" ، وقائع ندوة ACM الحادية والعشرين حول مبادئ لغات البرمجة ، الصفحات 472-492 ، doi : 10.1145/174675.178068 ، ISBN  0-89791-636-0.