各种编程语言中的 Lambda

编程语言 Lambda| 2024-01-11

我喜欢看 Conor Hoekstra 的视频，一方面是因为他是一位引人入胜的主持人，另一方面是因为他介绍了很多很多编程语言。我不懂那么多语言，所以能接触到不同语言如何解决相同的问题是件好事。

他最近的一段视频讨论了一个相当简单的问题（如何计算矩阵中负数的个数），他用了十几种语言来实现这个问题。所有语言都必须有某种机制来确定一个数字是否为负数–对于大多数语言来说，这涉及到使用 lambda（有时称为匿名函数）。

我发现特别有趣的是所有不同语言的 lambda 看起来都是怎样的，因此我想特别关注这一点。在特定的语言中，你会如何编写一个 lambda 表达式来检查给定的数字是否为负数？

(<0)                              // 4:  Haskell
_ < 0                             // 5:  Scala
_1 < 0                            // 6:  Boost.Lambda
#(< % 0)                          // 8:  Clojure
&(&1 < 0)                         // 9:  Elixir
|e| e < 0                         // 9:  Rust
\(e) e < 0                        // 10: R 4.1
{ $0 < 0 }                        // 10: Swift
{ it < 0 }                        // 10: Kotlin
e -> e < 0                        // 10: Java
e => e < 0                        // 10: C#, JS, Scala
\e -> e < 0                       // 11: Haskell
{ |e| e < 0 }                     // 13: Ruby
{ e in e < 0 }                    // 14: Swift
{ e -> e < 0 }                    // 14: Kotlin
fun e -> e < 0                    // 14: F#, OCaml
lambda e: e < 0                   // 15: Python
(λ (x) (< x 0))                   // 15: Racket
fn x -> x < 0 end                 // 17: Elixir
(lambda (x) (< x 0))              // 20: Racket/Scheme/LISP
[](auto e) { return e < 0; }      // 28: C++
std::bind(std::less{}, _1, 0)     // 29: C++
func(e int) bool { return e < 0 } // 33: Go

对于需要使用大括号的语言，我会计算大括号的数量（无论这是否公平）。另外，Clojure 可以使用 %1 代替 %。

是的，请注意，Boost.Lambda 和 std::bind 也在该列表中（并假设您在占位符的作用域中使用using namespace声明）。

我认为这张表本身就很有趣。它基本上说明了这里确实有三种 lambda：

完全匿名函数（这些 lambdas 接受某种参数列表，然后有一个独立的主体，如 C++ 或 Java 或……）
占位符表达式（带有特殊占位符的单一表达式，如 Scala、Clojure 或 Boost.Lambda 或…）。在这方面，Swift 似乎是独一无二的，它使用 $0 作为第一个参数，而我熟悉的所有其他语言和库都是从 1 开始计数。
Partial 函数应用（从技术上讲实际上不是 lambdas，但解决了相同的问题，所以足够接近，如 Haskell 或 std::bind）

有几种语言在这里也有多个选项。

值得注意的是，C++ 的 lambda 几乎是最长的 lambda。这有点令人惊讶， C++ 的 lambda 之所以长，是因为 C++ 的基本复杂性——Go 的借口是什么？所以这很酷。技术上不是最后一个！

不过，这对 C++ 来说是一个有利的比较，因为我们都在获取一个值并返回一个值。如果我们需要获取一个引用，那就需要使用 auto const& 或 auto&&（长 7 或 2 个字符）。如果我们想返回一个引用而不是一个值呢？那就使用 -> decltype(auto)，这样就多了 17 个字符，和其他 lambda 一样长。

C++ 的 lambdas 有三个部分在这套语言中是独一无二的，或者说大部分是独一无二的：

指定捕获。例如，Rust 允许通过move来捕获，写成 move |needle|haystack.contains(needle)。正如用户 Nobody_1707 在 reddit 上指出的，Swift 也有与 C++ 相当类似的捕获。但除此之外，我不确定其他语言是否有捕获的概念。基本上就是 [&]。话虽如此，鉴于 C++ 没有垃圾回收，我不确定除了 [] 之外还有什么好的捕获默认设置，而在这一点上，我们并不能节省很多字符。
强制性参数声明。在许多其他静态类型语言中，你可以提供类型注解，但它是可选的。在 Rust 中，例子可以是 |e: i32| e < 0，就像在 Scala 中，可以是 (e: Int) => e < 0。在简单的情况下，你可能会避免使用类型，而在更复杂的情况下，你可能更愿意保留它。
return 关键字。在其他语言中，我们只有一个表达式。

我曾试图提出的一个建议（P0573）可以创建一种新形式的 “完全匿名函数”，使参数声明成为可选项，并省略返回关键字。该文件建议:

[](e) => e < 0                // P0573R2: 14
[](auto e) { return e < 0; }  // C++: 28

这样长度就减少了一半。虽然还是比其他大多数语言长，但已经好很多了。然而，这个提议由于一些显著的原因被否决了：不同的解析问题（人类对未命名参数的歧义）和返回类型的含义。请参阅我之前关于该主题的文章。我认为取消类型注释对 C++ 来说之所以困难，部分原因在于我们的参数声明是 Type name 形式，而许多其他语言则将其写成 name: Type – 后者更适合省略类型并将重点放在名称上（而且不允许使用未命名参数，这是 C++ 问题的关键所在，反正我从来没觉得这是一个特别重要的特性）。

因此，我认为 “完全匿名函数 “的新语法可能不会被提出来–我不知道如何用类似 C++ lambdas 的语法来克服这两个问题（尽管对于在Prague 提出的第三个问题，P2036 得到了很好的回应，而且似乎有可能作为缺陷被接受）。在我看来，为完整的 lambdas 引入不同的语法目前并不可取（无论如何，仍然会有 auto 与 decltype(auto) 的问题）。

但这样一来，占位符表达式的问题就悬而未决了。我原本有些嘲笑这种样式，认为它比完整的匿名函数样式更难读。但对于简单的情况，我不再那么肯定了。正如 vector<bool> 在 Now I Am Become Perl 中指出的，最初的困惑和永久的困惑是不同的（在此之前，他还提出了一些语法建议，这些建议肯定会引起最初的困惑）。但他指出的正是表达式 lambda 占位符的概念。

这种语法可能是什么样的呢？我们仍然希望保留 “捕获 “的概念–我认为这仍然是 C++ 中的一个重要概念，而且无论如何我们都需要一个引入者。这样做的原因是，考虑一下：f(_1)。这意味着什么？

f([](auto&& x, auto&&...) -> decltype(auto) { return (x); })

或

[](auto&& x, auto&&...) -> decltype(auto) { return f(x); }

如果这取决于背景……那么，你如何决定？这似乎是个难题。老实说，我并不完全确定 Scala 是怎么做的。Clojure、Elixir 和 Swift 对于 lambda 的起始位置都有明确的标记。而且我不认为我们真的可以在这里使用大括号–比如 { f(_1) }。

也许我们可以使用引入符，然后是某种标点符号，最后是表达式？

[] => _1 < 0
[] -> _1 < 0
[]: _1 < 0

这当然有所不同，但基本上与 Boost.Lambda 中的功能相同（只是可能产生更好的代码）。

在 HOPL 论文中有一个演示 STL.Lambda 的例子：

vector<string>::iterator p =
    find_if(v.begin(), v.end(), Less_than<string>("falcon"));

考虑一下这里函数对象的形状–这是一个partial 函数应用。这正是我们在 Haskell 中会写的 (< "falcon")（无论如何，从语义上讲）。比约恩-法勒（Björn Fahller）有一个完整的资源库，其中的函数对象都支持类似的partial 函数应用，唯一不同的是，他的版本去掉了类型：less_than("falcon")。

现在，与之对应的 C++ lambda 会是什么呢？

[](std::string const& s) { return s < "f"; } // 44: C++11
[](auto&& s) { return s < "f"; }             // 32: C++14
lift::less_than("f")                         // 20: with lift

这就是为什么我经常编写泛型 lambda，即使我只需要单态的 lambda。我不得不缩短字符串，因为 lambda 太宽了，我的博客放不下！谢谢你，费萨尔！

如果这种风格对两个编程风格迥异的人（尽管他们的名字中大部分字母都相同）来说已经足够好了，那么也许参数名无论如何都被高估了？我的意思是，它确实读起来很不错：find_if(..., less_than(...)) 是很不错的英文。如果我们用运算符代替单词，真的会有什么不同吗？

(<"f")                           // 6: Haskell
[]: _1 < "f"                     // 12: placeholder?
lift::less_than("f")             // 20: with lift 
[](auto&& s) { return s < "f"; } // 32: C++14

我可以习惯这一点。我并不觉得这会造成永久性的困惑。

当然，作为 C++，还有很多其他问题需要考虑。比如，如何处理转发（使用宏），如何处理可变参数（我不知道），这些 lambdas 的 arity 是什么，是基于存在的最大占位符吗（不是），还是需要 P0834 来处理这个问题（问得好），或者像 P0119 中建议的那样，使用更简短的形式来指定操作符函数（是的，特别是 (>) 语法，作为 std::greater() 的更简短写法）。

不过，这已经完全偏离了本篇文章的主旨，那就是：C++ 的 lamb 长度真的非常非常长：C++ 的 lambdas 真的非常非常长。

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