Спискові вирази

Спискові вирази (англ. list comprehension) — синтаксична конструкція в деяких мовах програмування, для створення списків застосуванням операцій над уже наявними списками. Вона відповідає математичній нотації побудови множини і замінює використання функцій map та filter.

Опис

Розгляньмо наступний приклад запису множини:

$S=\{\,2\cdot x\mid x\in \mathbb {N} ,\ x^{2}>3\,\}$

Це можна прочитати як, «$S$ множина всіх чисел виду „2 на $x$“, де $x$ — елемент з множини натуральних чисел ($\mathbb {N}$), такий що $x$ у квадраті більше, ніж $3$.»

В мові Haskell такий запис множини можна відтворити таким списковим виразом:

s = [ 2*x | x <- [1..], x^2 > 3 ]

Тут список [1..] представляє $\mathbb {N}$, x^2>3 представляє предикат, а 2*x — вихідний вираз.

Спискові вирази дають результати в означеному порядку (на відміну від членів множини) і можуть ґенерувати елементи за потребою, а не одразу весь список, дозволяючи таким чином, наприклад, попереднє означення членів нескінченної множини.

Історія

Мова програмування SETL (кінець 1960-тих) мала інструкції конструювання множин, і система комп'ютерної алґебри AXIOM (1973) мала подібні конструкції, які обробляли потоки, але вперше термін «comprehension» для таких конструкцій був використаний Родом Бурсталом та Джоном Дарлінґтоном в описі мови програмування NPL (1977).

Smalltalk block context messages, якими є спискові вирази, були в цій мові щонайменше з часів Smalltalk-80.

Робота Бурстала та Дарглінґтона з NPL вплинула на багато мов програмування протягом 1980-тих, але не всі з них включали спискові вирази. Винятком була впливова лінива чисто функціональна мова програмування Miranda, випущена в 1985-тому. Розроблена пізніше, теж цілком функціональна мова з лінивими обчисленнями Haskell, увібрала багато особливостей Міранди, включно з списковими виразами. Мова програмування Python теж зазнала сильного впливу лінивих функціональних мов і ввела спискові вирази. Чисті функціональні мови залишаються нішевими, у той час як Python став значно популярнішим і представив спискові вирази ширшій авдиторії.

Спискові вирази пропонувались як нотація запитів до баз даних і були реалізовані в мові запитів Kleisli.

Приклади в різних мовах програмування

Далі йтимуть приклади синтаксису спискових виразів у різних мовах програмування: Хоча в оригінальному прикладі використовується нескінченний список, виразити його можуть не всі мови, тому в деяких ми покажемо як використати підмножину $\{0,1,...,100\}$ замість підмножини $\mathbb {N}$.

C#

var s =
from x in Enumerable.Range(0, 100)
where x * x > 3
select x * 2;

чи

var s = Enumerable.Range(0, 100).Where(x => x*x > 3).Select(x => x*2);

Ceylon

{ for (x in 0..100) if ( x**2 > 3) x * 2 }

Clojure

Clojure ґенерує нескінченні ліниві послідовності (подібно до Гаскеля, чи ґенераторів Пайтона). Використовуйте take щоб отримати перші N результатів нескінченної послідовности.

(take 20 (for [x (iterate inc 0) :when (> (* x x) 3)] (* 2 x)))

CoffeeScript

 (x * 2 for x in [0..20] when x*x > 3)

Common Lisp

Спискові вирази можуть виражатись за допомогою ключового слова collect макроса loop. Умови виражаються за допомогою if, як показано нижче:

(loop for x from 0 to 100 if (> (* x x) 3) collect (* 2 x))

Нескінченна лінива послідовність може створюватись різними способами, наприклад за допомогою об'єктів CLOS чи макросом yield.

Erlang

 S = [2*X || X <- lists:seq(0,100), X*X > 3].

F#

Вирази мають форму [for x in collection do ... yield expr] для списків та seq {for x in collection do ... yield expr} для послідовностей.

> seq { for x in 0..100 do
          if x*x > 3 then yield 2*x } ;;
val it : seq<int> = seq [4; 6; 8; 10; ...]

Groovy

Groovy підтримує вирази для таких колекцій в Java як list, set, map.

s = (1..100).grep { it ** 2 > 3 }.collect { it * 2 }

Змінна «it» є скороченням неявного параметра замикання. Наступний код є еквівалентом попереднього

s = (1..100).grep { x -> x ** 2 > 3 }.collect { x -> x * 2 }

Haskell

s = [ 2*x | x <- [0..], x^2 > 3 ]

Raku

my @s = ($_ * 2 if $_ ** 2 > 3 for ^100);

чи:

my @s = gather { for ^100 { take 2 * $_ if $_ ** 2 > 3 } };

PowerShell

0..100 | Where {$_ * $_ -gt 3} | ForEach {$_ * 2}

Python

S = [2*x for x in range(101) if x**2 > 3]

Див. також

• Оператор SELECT в SQL
• Монади
• Інші конструкції для обробки послідовностей:
  • Генератор (програмування)
  • map (функція вищого порядку)
  • filter (функція вищого порядку)
• Інші конструкції програмування, перенесені з математичних форм запису:
  • Варта
  • Зіставлення із взірцем
  • Оператор (програмування)

Посилання

• List Comprehension in The Free On-line Dictionary of Computing, Editor Denis Howe.
• Trinder, Phil (1992). Comprehensions, a query notation for DBPLs. Proceedings of the third international workshop on Database programming languages: bulk types & persistent data, Nafplion, Greece. с. 55—68.
• Wadler, Philip (1990). Comprehending Monads. Proceedings of the 1990 ACM Conference on LISP and Functional Programming, Nice. Архів оригіналу за 29 березня 2008. Процитовано 22 липня 2011.
• Wong, Limsoon (2000). The Functional Guts of the Kleisli Query System. Proceedings of the fifth ACM SIGPLAN international conference on Functional programming. International Conference on Functional Programming. с. 1—10.

Haskell

• The Haskell 98 Report, chapter 3.11 List Comprehensions [Архівовано 11 листопада 2020 у Wayback Machine.].
• The Glorious Glasgow Haskell Compilation System User's Guide, chapter 7.3.4 Parallel List Comprehensions.
• The Hugs 98 User's Guide, chapter 5.1.2 Parallel list comprehensions (a.k.a. zip-comprehensions).

OCaml

• OCaml Batteries Included [Архівовано 26 червня 2011 у Wayback Machine.]
• Language extensions introduced in OCaml Batteries Included [Архівовано 3 березня 2016 у Wayback Machine.]

Python

• Python Reference Manual, chapter 5.2.4 List displays.
• Python Enhancement Proposal PEP 202: List Comprehensions [Архівовано 16 травня 2008 у Wayback Machine.].
• Python Reference Manual, chapter 5.2.5 Generator expressions.
• Python Enhancement Proposal PEP 289: Generator Expressions [Архівовано 6 вересня 2008 у Wayback Machine.].

Common Lisp

• Implementation of a Lisp comprehension macro [Архівовано 19 липня 2011 у Wayback Machine.] by Guy Lapalme

Clojure

• Clojure API documentation — for macro [Архівовано 22 липня 2011 у Wayback Machine.]

Axiom

• Axiom stream examples

Решта

• SQL-подібні оператори над множинами в Python Cookbook [Архівовано 2 липня 2008 у Wayback Machine.] (англ.)
• Обговорення генераторних списків та пов'язаних конструкцій в Scheme [Архівовано 28 липня 2020 у Wayback Machine.] (англ.)
• Генераторні списки в різних мовах програмування [Архівовано 9 листопада 2020 у Wayback Machine.] (англ.)