August 2023Monthly Archives

今天讲消息分发的一种编译期实现法。 编程是一门非常依赖逻辑的学科，逻辑分为形式逻辑和非形式逻辑，编程就属于形式逻辑。形式逻辑指的是用数学的方式去抽象地分析命题，它有一套严谨的标准和公理系统，对错分明；而日常生活中使用的是非形式逻辑，它不存在标准和公理，也没有绝对的对与错。 根据哲学家大卫·休谟在《人性论》中对于观念之间连接的分类，我们能够把逻辑关系分成三大类：相似关系、因果关系、承接关系。相似关系表示两个组件结构相同，去掉其中一个组件，也只会使功能不够全面，并不会影响程序；因果关系表示两个组件之间依赖性极强，没有第一个组件，就没有第二个组件，第二个组件依赖于第一个组件；承接关系表示两个组件都是局部，只有组合起来，才能构成一个整体。 消息分发就属于因果关系，我们需要依赖 A，去执行 B，没有 A 就没有 B。同样属于因果关系的术语还有逻辑分派、模式匹配、定制点的表示方式等等，它们本质都是在描述一类东西，只是有时候侧重点不同。 条件关系也属于因果关系的范畴，是编程中逻辑最重的关系。试想没有 if else，你还能写出多少程序？世界是复杂的，问题也是复杂的，因果关系必不可少。 消息分发，或称为逻辑分派，就是一种简化条件关系表达方式的技术。它适用于存在大量因果的情境，此时若是使用原始的 if else，则无法适应动态发展的世界。 C++ 中，最典型、也非常有用的一种方式就是采用 map，因作为 key，果作为 value，因是标识符，果是回调函数。由于这种方式发生于运行期，所以也称为动态消息分发。 本文要讲的，是 C++20 才得以实现的另外一种方式，发生于编译期的静态消息分发技术。 称为消息分发，一般是在网络通信的情境下。正常情境下，程序是顺序执行的，所以完全可以使用 if else 来实现因果逻辑，因为组件与组件之间距离较近，属于同一模块；而网络情境下，一个组件可以瞬间跳跃到距离非常远的另一个组件，这两个组件甚至不在同一台设备上，一台设备可能在上海，另一台在北京，此时如何让这两个组件进行沟通？也就是说，A 组件里面的某个函数执行条件不满足，如何简单地跳到 B、C、D、E…… 这些组件的某个函数中去处理？这种远距离的程序因果逻辑，通过消息分发组件能够非常丝滑地表示。 消息分发的标识符一般采用字符串表示，到了 C++20 支持 string literal NTTP 才得以在编译期实现一套可用的相关组件。 因此首先，我们得实现一个 string literal 以在编译期使用。 template <std::size_t N> struct string_literal { // str is… Continue Reading Compile time dispatching in C++20

今天这篇讲 Monads，对 C++ devs 来说是一个比较新的概念，也是一个比较难理解的概念。本文将概念和实践串起来讲，先讲抽象理论，后面讲具体实现和使用，以全面理解其定位。 Language 编程语言用于操作机器以辅助人类解决问题，主体是人和机器，目的是解决问题。人通过机器解决问题，编程语言是人和机器之间沟通的桥梁。 问题解决最基本的流程为定义问题、分析问题、寻找策略及选择策略。简单来说，你有一些东西，想通过一些行为，再得到一些东西。问题就是理想和现实之间的差距。 这其中最基本的构成要素就是东西和行为，也就是编程语言当中的数据和函数。一个大问题不可能通过一个行为就能解决，往往需要拆分为一个个小问题，再逐个击破，故根据问题复杂程度，数据和函数的数量也会随之变化。 主体虽分为人和机器，但却是由机器来完成具体工作。最初的语言，靠机器更近，尽管效率高，人和机器沟通起来却是多有不便；随后的语言，便靠人更近，使人和机器的沟通方式，更加接近人与人之间的沟通，这才简化了编程难度。 常言道，月满则亏，水满则溢，凡事过犹不及。太靠近机器的语言，尽管效率高，但却难以理解；太靠近人的语言，虽说易理解，效率却颇低。因此，只有在明确仅注重效率或简易的情况下，才会使用这类语言，许多语言其实都处于中间，保持效率的同时也避免太过复杂。 Imperative versus Declarative 由机器到人，编程语言是把机器所能识别的具体指令，抽象为人所能理解的词句。 声明式语言相比命令式语言，离人更近，命令式更关注具体，声明式更关注抽象。抽象是把不变的都封装起来，从而避免去写一个个重复的指令，比如原本想要修改 std::vector 的元素，你需要使用 if、for 等等指令，这些再往上抽象一层就是过滤和变换两个步骤，直接使用 v | filter | transform 则更加言简意赅。因此，声明式用起来要更加简洁，使人更加专注于问题解决步骤。 具体中包含了变与不变，抽象中提取了不变的部分。具体就像是白话文，抽象就像是文言文，前者通俗易懂，后者简洁精炼。命令式让人更加专注于行为的细枝末节，事无具细，一切尽在掌握之中；声明式让人更加关注于行为步骤，抽离细节，一切环环相扣。 也可以说命令式注重问题解决过程，而声明式注重问题解决结果。不关心过程，只想要结果，展现在语言上就是只调用接口，不关心实现。因此，从视角上来看，命令式更偏向于微观，声明式更偏向于宏观。宏观适合思考问题，微观适合解决问题，前者像是将军，只谋战略，后者则像是小兵，具体实施。 将无兵而不行，兵无将而不动。抽象与具体当中，虽然真正起作用的是具体的指令，但使用的却是抽象的接口。接口使来结构清晰，能更加专注于问题逻辑，跳出问题细节。抽象与具体紧密连接，只要抽象，抽象从何来？只要具体，具体何以用？ 是以范式不同，本质是解决问题思维的不同，是侧重点的不同。 What is Monads C++ 有许多范式，面向过程、面向对象、泛型编程、函数式编程…… 许多人发现 Modern C++ 写来越发简单，这种简单写法就谓之 Modern，但这种简洁从何而来？本质就是范式的转变。 C++11 至今，C++ 已逐步从函数式编程中汲取了许多特性，Monads 就是其中非常重要的一个特性。C++23 中也加入不少 Monads，简化了一些原本较为繁琐的操作。 那么，什么是 Monads？ 这个概念来自范畴论，称为单子，牵扯概念颇多，且不易理解，因此我们结合 C++… Continue Reading Monads in Modern C++, What, Why, and How

今天再来看看 C++23 Monadic std::optional，在 Overview of C++23 Features 只是简单介绍了用法，这里来说说设计原理。 std::optional 是一个 Monad，这个概念源于 FP (Functional Programming)，对于 C++ coder 而言，理解起来并非易事。若是你熟悉 Haskell，这个就相当于里面的 Maybe。Monads 叫作单子，是范畴论里面的概念，若要完全弄懂的话需要扩展许多概念，不符合 TGS 的定位，因此这里只是小做介绍。 简单来说，Monads 是 FP 当中的一个抽象数据类型，抽象的目的在于表示计算过程。通过这种方式，能够减少重复代码，简化组合流程。 用下面的公式来解释一下： m a \rarr (a \to m b) \rarr m b (a \rarr m b) 表示操作，a 是输入类型，b 是输出类型。操作必须满足某种上下文，才能知道怎样处理，m 就指定了这个上下文。如果将其替换为一个针对 std::optional 的函数，会更加容易理解： std::optional<int> f(std::optional<std::string>… Continue Reading T230807 Reviewing C++23 Monadic std::optional