D中的容器语义和函数风格

Question

默认情况下，D中的容器是否具有值或引用语义？如果它们有引用语义，那就不会从根本上阻碍在D中使用函数式编程风格(与C++11的移动语义相比)，例如在下面的(学术)示例中：

auto Y = reverse(sort(X));

其中X是一个容器。

Answer 1

容器是否具有值语义或引用语义完全取决于容器。唯一的内置容器是动态数组、静态数组和关联数组。静态数组具有严格的值语义，因为它们位于堆栈上。关联数组有严格的引用语义。并且动态数组大多具有引用语义。它们的元素不会被复制，但它们确实会被复制，所以它们以有点特殊的语义结束。我建议阅读关于D数组的this article以了解更多细节。

对于正式的但不是内置的容器，std.container中的容器都有引用语义，通常情况下，容器应该是引用语义，因为否则效率非常低。但由于任何人都可以实现自己的容器，所以任何人都可以创建属于值类型的容器。

然而，像C++一样，D没有采用让算法在容器上操作的路线，所以就算法而言，容器是否具有引用或值语义几乎是无关紧要的。在C++中，算法在迭代器上操作，所以如果您想对容器进行排序，可以执行类似sort(container.begin(), container.end())的操作。在D中，它们在范围上操作，所以你可以使用sort(container[])。在这两种语言中，您实际上都不会直接对容器进行排序。因此，容器本身是否具有值或引用语义与您的典型算法无关。

然而，D在使用算法进行函数式编程方面比C++做得更好，因为范围更适合它。迭代器必须成对传递，这对于链式函数不是很有效。另一方面，Range的链条非常好，Phobos利用了这一点。它的主要设计原则之一是它的大多数函数都在范围内操作，允许你在代码中做你通常在unix命令行上使用管道所做的事情，其中你有很多通用的工具/函数生成输出，你可以通过管道/传递到其他工具/函数进行操作，允许你链接独立的操作来做一些特定于你需要的事情，而不是依赖于某人编写的程序/函数直接做你想要的事情。沃尔特·布赖特最近在this article上讨论了这一问题。

因此，在D中，很容易做到如下所示：

auto stuff = sort(array(take(map!"a % 1000"(rndGen()), 100)));

或者，如果您更喜欢UFCS (通用函数调用语法)：

auto stuff = rndGen().map!"a % 1000"().take(100).array().sort();

在任何一种情况下，它都会生成一个包含100个介于0和1000之间的随机数的排序列表，并且代码是函数式的，这是C++很难做到的，而对容器而不是迭代器或范围进行操作的库将更难做到。

Answer 2

内置容器

D中唯一的内置容器是切片(也称为数组/动态数组)和静态数组。后者具有值语义(与C和C++不同)-传递时整个数组被(浅)复制。

至于切片，它们是具有间接性的值类型，因此您可以说它们同时具有值语义和引用语义。

把T[]想象成这样的struct：

struct Slice(T)
{
    size_t length;
    T* ptr;
}

其中ptr是指向切片的第一个元素的指针，length是切片边界内的元素数。您可以访问片的.ptr和.length字段，但是虽然数据结构与上面的完全相同，但它实际上是一个内置的编译器，因此没有在任何地方定义(名称Slice只是为了说明目的)。

了解了这一点，您可以看到复制切片(赋值给另一个变量，传递给函数等)只复制一个长度(无缩进-值语义)和一个指针(具有间接引用语义)。

换句话说，切片是数组(位于内存中的任何位置)中的视图，并且可以有多个视图到同一数组中。

算法

来自std.algorithm的sort和reverse就地工作，以迎合尽可能多的用户。如果用户希望将结果放在切片的GC分配的副本中，并保持原始切片不变，那么很容易做到这一点(X.dup)。如果用户想要将结果放在自定义分配的缓冲区中，也可以这样做。最后，如果用户想要就地排序，这是一个选择。无论如何，任何额外的开销都是显式的。

但是，重要的是要注意，标准库中的大多数算法不需要突变，而是返回延迟计算的范围结果，这是函数式编程的特征。

用户定义的容器

当涉及到用户定义的容器时，它们可以拥有任何他们想要的语义--任何配置都可以在D中实现。

std.container中的容器是引用类型，带有用于制作副本的.dup方法，因此稍微模仿了切片。