การเขียนโปรแกรม D - ช่วง

ช่วงเป็นนามธรรมของการเข้าถึงองค์ประกอบ สิ่งที่เป็นนามธรรมนี้ทำให้สามารถใช้อัลกอริทึมจำนวนมากในคอนเทนเนอร์หลายประเภทได้ ช่วงจะเน้นถึงวิธีการเข้าถึงองค์ประกอบคอนเทนเนอร์ซึ่งต่างจากวิธีการใช้งานคอนเทนเนอร์ Ranges เป็นแนวคิดที่เรียบง่ายมากซึ่งขึ้นอยู่กับว่าประเภทกำหนดฟังก์ชันของสมาชิกบางชุดหรือไม่

ช่วงเป็นส่วนหนึ่งของชิ้นส่วนของ D. อัลกอริทึมโฟบอสจำนวนมากส่งคืนวัตถุช่วงชั่วคราว ตัวอย่างเช่น filter () เลือกองค์ประกอบที่มีค่ามากกว่า 10 ในโค้ดต่อไปนี้จะส่งคืนวัตถุช่วงไม่ใช่อาร์เรย์

ช่วงตัวเลข

ช่วงตัวเลขมักใช้กันทั่วไปและช่วงตัวเลขเหล่านี้เป็นประเภท int ตัวอย่างบางส่วนสำหรับช่วงตัวเลขแสดงอยู่ด้านล่าง -

// Example 1 
foreach (value; 3..7)  

// Example 2 
int[] slice = array[5..10];

โฟบอสเรนจ์

ช่วงที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างและอินเตอร์เฟสคลาสคือช่วงโฟบอส Phobos เป็นรันไทม์อย่างเป็นทางการและไลบรารีมาตรฐานที่มาพร้อมกับคอมไพเลอร์ภาษา D

มีช่วงประเภทต่างๆซึ่งรวมถึง -

  • InputRange
  • ForwardRange
  • BidirectionalRange
  • RandomAccessRange
  • OutputRange

InputRange

ช่วงที่ง่ายที่สุดคือช่วงอินพุต ช่วงอื่น ๆ นำข้อกำหนดเพิ่มเติมมาอยู่เหนือช่วงที่พวกเขาอ้างอิง มีสามฟังก์ชันที่ InputRange ต้องการ -

  • empty- ระบุว่าช่วงว่างหรือไม่ มันจะต้องกลับมาเป็นจริงเมื่อถือว่าช่วงนั้นว่างเปล่า เท็จเป็นอย่างอื่น

  • front - ให้การเข้าถึงองค์ประกอบที่จุดเริ่มต้นของช่วง

  • popFront() - ลดระยะจากจุดเริ่มต้นโดยการลบองค์ประกอบแรก

ตัวอย่าง

import std.stdio; 
import std.string; 
 
struct Student { 
   string name; 
   int number; 
   
   string toString() const { 
      return format("%s(%s)", name, number); 
   } 
}
  
struct School { 
   Student[] students; 
}
struct StudentRange {
   Student[] students; 
   
   this(School school) { 
      this.students = school.students; 
   } 
   @property bool empty() const { 
      return students.length == 0; 
   } 
   @property ref Student front() { 
      return students[0]; 
   } 
   void popFront() { 
      students = students[1 .. $]; 
   } 
}

void main() { 
   auto school = School([ Student("Raj", 1), Student("John", 2), Student("Ram", 3)]);
   auto range = StudentRange(school); 
   writeln(range);  
   
   writeln(school.students.length);
   
   writeln(range.front); 
   
   range.popFront;  
   
   writeln(range.empty); 
   writeln(range); 
}

เมื่อโค้ดด้านบนถูกคอมไพล์และเรียกใช้งานจะให้ผลลัพธ์ดังนี้ -

[Raj(1), John(2), Ram(3)] 
3 
Raj(1) 
false 
[John(2), Ram(3)]

ForwardRange

ForwardRange ยังต้องการส่วนฟังก์ชันสมาชิกบันทึกจากอีกสามฟังก์ชันของ InputRange และส่งคืนสำเนาของช่วงเมื่อเรียกใช้ฟังก์ชันบันทึก

import std.array; 
import std.stdio; 
import std.string; 
import std.range;

struct FibonacciSeries { 
   int first = 0; 
   int second = 1; 
   enum empty = false;   //  infinite range  
   
   @property int front() const { 
      return first; 
   } 
   void popFront() { 
      int third = first + second; 
      first = second; 
      second = third; 
   }
   @property FibonacciSeries save() const { 
      return this; 
   } 
}
  
void report(T)(const dchar[] title, const ref T range) {
   writefln("%s: %s", title, range.take(5)); 
} 

void main() { 
   auto range = FibonacciSeries(); 
   report("Original range", range);
   
   range.popFrontN(2); 
   report("After removing two elements", range); 
   
   auto theCopy = range.save; 
   report("The copy", theCopy);
   
   range.popFrontN(3); 
   report("After removing three more elements", range); 
   report("The copy", theCopy); 
}

เมื่อโค้ดด้านบนถูกคอมไพล์และเรียกใช้งานจะให้ผลลัพธ์ดังนี้ -

Original range: [0, 1, 1, 2, 3] 
After removing two elements: [1, 2, 3, 5, 8] 
The copy: [1, 2, 3, 5, 8] 
After removing three more elements: [5, 8, 13, 21, 34] 
The copy: [1, 2, 3, 5, 8]

BidirectionalRange

BidirectionalRange ยังมีฟังก์ชันสมาชิกสองฟังก์ชันเหนือฟังก์ชันสมาชิกของ ForwardRange ฟังก์ชันด้านหลังซึ่งคล้ายกับ front ให้การเข้าถึงองค์ประกอบสุดท้ายของช่วง ฟังก์ชัน popBack คล้ายกับฟังก์ชัน popFront และจะลบองค์ประกอบสุดท้ายออกจากช่วง

ตัวอย่าง

import std.array; 
import std.stdio; 
import std.string; 

struct Reversed { 
   int[] range; 
   
   this(int[] range) { 
      this.range = range; 
   } 
   @property bool empty() const { 
      return range.empty; 
   }
   @property int front() const { 
      return range.back;  //  reverse 
   }
   @property int back() const { 
      return range.front; // reverse 
   } 
   void popFront() { 
      range.popBack(); 
   }
   void popBack() { 
      range.popFront(); 
   } 
} 
 
void main() { 
   writeln(Reversed([ 1, 2, 3])); 
}

เมื่อโค้ดด้านบนถูกคอมไพล์และเรียกใช้งานจะให้ผลลัพธ์ดังนี้ -

[3, 2, 1]

RandomAccessRange ไม่มีที่สิ้นสุด

opIndex () จำเป็นต้องใช้เพิ่มเติมเมื่อเทียบกับ ForwardRange นอกจากนี้ค่าของฟังก์ชันว่างที่จะทราบในเวลาคอมไพล์ว่าเป็นเท็จ ตัวอย่างง่ายๆอธิบายด้วยช่วงกำลังสองดังแสดงด้านล่าง

import std.array; 
import std.stdio; 
import std.string; 
import std.range; 
import std.algorithm; 

class SquaresRange { 
   int first;  
   this(int first = 0) { 
      this.first = first; 
   }
   enum empty = false; 
   @property int front() const { 
      return opIndex(0); 
   }
   void popFront() { 
      ++first; 
   }
   @property SquaresRange save() const { 
      return new SquaresRange(first); 
   }
   int opIndex(size_t index) const { 
      /* This function operates at constant time */ 
      immutable integerValue = first + cast(int)index; 
      return integerValue * integerValue; 
   } 
}
  
bool are_lastTwoDigitsSame(int value) { 
   /* Must have at least two digits */ 
   if (value < 10) { 
      return false; 
   } 
   
   /* Last two digits must be divisible by 11 */ 
   immutable lastTwoDigits = value % 100; 
   return (lastTwoDigits % 11) == 0; 
} 
 
void main() { 
   auto squares = new SquaresRange(); 
   
   writeln(squares[5]);
   
   writeln(squares[10]); 
   
   squares.popFrontN(5); 
   writeln(squares[0]); 
   
   writeln(squares.take(50).filter!are_lastTwoDigitsSame); 
}

เมื่อโค้ดด้านบนถูกคอมไพล์และเรียกใช้งานจะให้ผลลัพธ์ดังนี้ -

25 
100 
25 
[100, 144, 400, 900, 1444, 1600, 2500]

RandomAccessRange จำกัด

opIndex () และความยาวจำเป็นต้องใช้เพิ่มเติมเมื่อเทียบกับช่วงแบบสองทิศทาง สิ่งนี้อธิบายด้วยความช่วยเหลือของตัวอย่างโดยละเอียดที่ใช้ชุดฟีโบนักชีและตัวอย่างช่วงกำลังสองที่ใช้ก่อนหน้านี้ ตัวอย่างนี้ใช้ได้ดีกับคอมไพเลอร์ D ปกติ แต่ใช้ไม่ได้กับคอมไพเลอร์ออนไลน์

ตัวอย่าง

import std.array; 
import std.stdio; 
import std.string; 
import std.range; 
import std.algorithm; 

struct FibonacciSeries { 
   int first = 0; 
   int second = 1; 
   enum empty = false;   //  infinite range  
   
   @property int front() const { 
      return first;
   }
   void popFront() { 
      int third = first + second; 
      first = second; 
      second = third; 
   }
   @property FibonacciSeries save() const { 
      return this; 
   } 
}
  
void report(T)(const dchar[] title, const ref T range) { 
   writefln("%40s: %s", title, range.take(5)); 
}
  
class SquaresRange { 
   int first;  
   this(int first = 0) { 
      this.first = first; 
   } 
   enum empty = false; 
   @property int front() const { 
      return opIndex(0); 
   }
   void popFront() { 
      ++first; 
   }
   @property SquaresRange save() const { 
      return new SquaresRange(first); 
   } 
   int opIndex(size_t index) const { 
      /* This function operates at constant time */ 
      immutable integerValue = first + cast(int)index; 
      return integerValue * integerValue; 
   } 
}
  
bool are_lastTwoDigitsSame(int value) { 
   /* Must have at least two digits */ 
   if (value < 10) { 
      return false; 
   }
   
   /* Last two digits must be divisible by 11 */ 
   immutable lastTwoDigits = value % 100; 
   return (lastTwoDigits % 11) == 0; 
}
  
struct Together { 
   const(int)[][] slices;  
   this(const(int)[][] slices ...) { 
      this.slices = slices.dup;  
      clearFront(); 
      clearBack(); 
   }
   private void clearFront() { 
      while (!slices.empty && slices.front.empty) { 
         slices.popFront(); 
      } 
   } 
   private void clearBack() { 
      while (!slices.empty && slices.back.empty) { 
         slices.popBack(); 
      } 
   }
   @property bool empty() const { 
      return slices.empty; 
   } 
   @property int front() const { 
      return slices.front.front; 
   }
   void popFront() { 
      slices.front.popFront(); 
      clearFront(); 
   }
   @property Together save() const { 
      return Together(slices.dup); 
   } 
   @property int back() const { 
      return slices.back.back; 
   } 
   void popBack() { 
      slices.back.popBack(); 
      clearBack(); 
   }
   @property size_t length() const { 
      return reduce!((a, b) => a + b.length)(size_t.init, slices); 
   }
   int opIndex(size_t index) const { 
      /* Save the index for the error message */ 
      immutable originalIndex = index;  

      foreach (slice; slices) { 
         if (slice.length > index) { 
            return slice[index];  
         } else { 
            index -= slice.length; 
         } 
      } 
      throw new Exception( 
         format("Invalid index: %s (length: %s)", originalIndex, this.length));
   } 
}
void main() { 
   auto range = Together(FibonacciSeries().take(10).array, [ 777, 888 ],
      (new SquaresRange()).take(5).array); 
   writeln(range.save); 
}

เมื่อโค้ดด้านบนถูกคอมไพล์และเรียกใช้งานจะให้ผลลัพธ์ดังนี้ -

[0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 777, 888, 0, 1, 4, 9, 16]

OutputRange

OutputRange หมายถึงเอาต์พุตองค์ประกอบที่สตรีมซึ่งคล้ายกับการส่งอักขระไปยัง stdout OutputRange ต้องการการสนับสนุนสำหรับการดำเนินการ put (range, element) put () เป็นฟังก์ชันที่กำหนดไว้ในโมดูล std.range กำหนดความสามารถของช่วงและองค์ประกอบในเวลาคอมไพล์และใช้วิธีการที่เหมาะสมที่สุดเพื่อใช้ในการส่งออกองค์ประกอบ ตัวอย่างง่ายๆแสดงไว้ด้านล่าง

import std.algorithm; 
import std.stdio; 
 
struct MultiFile { 
   string delimiter;
   File[] files;
   
   this(string delimiter, string[] fileNames ...) { 
      this.delimiter = delimiter; 

      /* stdout is always included */ 
      this.files ~= stdout; 

      /* A File object for each file name */ 
      foreach (fileName; fileNames) { 
         this.files ~= File(fileName, "w"); 
      } 
   }
   void put(T)(T element) { 
      foreach (file; files) { 
         file.write(element, delimiter); 
      } 
   }
}
void main() { 
   auto output = MultiFile("\n", "output_0", "output_1"); 
   copy([ 1, 2, 3], output);  
   copy([ "red", "blue", "green" ], output); 
}

เมื่อโค้ดด้านบนถูกคอมไพล์และเรียกใช้งานจะให้ผลลัพธ์ดังนี้ -

[1, 2, 3] 
["red", "blue", "green"]