Uzáver (informatika)

V informatike je uzáver funkcia, ktorá má vlastné prostredie. V tomto prostredí sa nachádza aspoň jedna viazaná premenná (meno, ktoré má hodnotu, napríklad číslo). Prostredie uzáveru uchováva viazané premenné v pamäti medzi jednotlivými použitiami uzáveru.

Peter J. Landin dal tejto myšlienke v roku 1964 názov Closure. Programovací jazyk Scheme spopularizoval uzávery po roku 1975. Mnoho programovacích jazykov vytvorených po tomto období má uzávery.

Anonymné funkcie (funkcie bez mena) sa niekedy nesprávne nazývajú uzávery. Väčšina jazykov, ktoré majú anonymné funkcie, má aj uzávery. Anonymná funkcia je tiež uzáver, ak má vlastné prostredie s aspoň jednou viazanou premennou. Anonymná funkcia bez vlastného prostredia nie je uzáver. Pomenovaná uzávierka nie je anonymná.

Uzávery a funkcie prvej triedy

Hodnoty môžu byť čísla alebo iný typ údajov, napríklad písmená, alebo dátové štruktúry zložené z jednoduchších častí. V pravidlách programovacieho jazyka sú hodnotami prvej triedy hodnoty, ktoré môžu byť zadané funkciám, vrátené funkciami a viazané na meno premennej. Funkcie, ktoré prijímajú alebo vracajú iné funkcie, sa nazývajú funkcie vyššieho rádu. Väčšina jazykov, ktoré majú funkcie ako hodnoty prvej triedy, má aj funkcie vyššieho rádu a uzávery.

Pozrite sa napríklad na nasledujúcu funkciu schémy:

; Vráťte zoznam všetkých kníh, z ktorých sa predalo aspoň TISÍC výtlačkov. (define (best-selling-books threshold) (filter (lambda (book) (>= (book-sales book) threshold)) book-list))

V tomto príklade je lambda výraz (lambda (book) (>= (book-sales book) threshold)) súčasťou funkcie best-selling-books. Pri spustení funkcie musí Scheme vytvoriť hodnotu lambda výrazu. Urobí to tak, že vytvorí uzáver s kódom pre lambdu a odkazom na premennú threshold, ktorá je voľnou premennou vnútri lambdy. (Voľná premenná je meno, ktoré nie je viazané na hodnotu.)

Funkcia filtra potom vykoná uzáver na každej knihe v zozname, aby vybrala knihy, ktoré sa majú vrátiť. Keďže samotný uzáver má odkaz na prah, uzáver môže túto hodnotu použiť pri každom spustení funkcie filter. Samotná funkcia filter môže byť zapísaná v úplne samostatnom súbore.

Tu je ten istý príklad prepísaný v jazyku ECMAScript (JavaScript), ďalšom populárnom jazyku s podporou uzáverov:

// Vráťte zoznam všetkých kníh, ktorých predaj dosiahol aspoň 'prahovú' hodnotu. function bestSellingBooks(threshold) { return bookList. filter( function(book) { return book. sales >= threshold; } ); }

ECMAScript tu používa slovo function namiesto lambda a metódu Array.filter namiesto funkcie filter, ale inak kód robí tú istú vec rovnakým spôsobom.

Funkcia môže vytvoriť uzáver a vrátiť ho. Nasledujúci príklad je funkcia, ktorá vracia funkciu.

V schéme:

; Vráťte funkciu, ktorá aproximuje deriváciu f ; pomocou intervalu dx, ktorý by mal byť primerane malý. (define (derivative f dx) (lambda (x) (/ (- (f (+ x dx)) (f x)) dx)))

V ECMAScripte:

// Vráťte funkciu, ktorá aproximuje deriváciu f // pomocou intervalu dx, ktorý by mal byť primerane malý. funkcia derivative(f, dx) { return function(x) { return (f(x + dx) - f(x)) / dx; }; }; }

Prostredie uzáveru zachováva viazané premenné f a dx po návrate uzatvárajúcej funkcie (derivácie). V jazykoch bez uzáverov by sa tieto hodnoty po návrate obklopujúcej funkcie stratili. V jazykoch s uzávermi musí byť viazaná premenná uchovávaná v pamäti dovtedy, kým ju má nejaký uzáver.

Uzáver nemusí byť vytvorený pomocou anonymnej funkcie. Napríklad programovací jazyk Python má obmedzenú podporu anonymných funkcií, ale má uzávery. Jedným zo spôsobov, ako by sa dal vyššie uvedený príklad ECMAScriptu implementovať v jazyku Python, je napríklad:

# Vráťte funkciu, ktorá aproximuje deriváciu f # pomocou intervalu dx, ktorý by mal byť primerane malý. def derivative(f, dx): def gradient(x): return (f(x + dx) - f(x)) / dx return gradient

V tomto príklade funkcia s názvom gradient tvorí uzáver spolu s premennými f a dx. Vonkajšia obklopujúca funkcia s názvom derivácia vracia tento uzáver. V tomto prípade by fungovala aj anonymná funkcia.

def derivative(f, dx): return lambda x: (f(x + dx) - f(x)) / dx

Python musí často používať pomenované funkcie, pretože jeho lambda výrazy môžu obsahovať len iné výrazy (kód, ktorý vracia hodnotu) a nie príkazy (kód, ktorý má účinky, ale nemá hodnotu). V iných jazykoch, napríklad v Scheme, však všetok kód vracia hodnotu; v Scheme je všetko výraz.

Použitie uzáverov

Uzávery majú mnoho využití:

Návrhári softvérových knižníc môžu používateľom umožniť prispôsobiť správanie odovzdávaním uzáverov ako argumentov dôležitých funkcií. Napríklad funkcia, ktorá triedi hodnoty, môže prijať argument uzáveru, ktorý porovnáva hodnoty, ktoré sa majú zoradiť podľa kritéria definovaného používateľom.
Keďže uzávery odkladajú vyhodnotenie, t. j. nič "nerobia", kým nie sú zavolané, môžu sa použiť na definovanie riadiacich štruktúr. Napríklad všetky štandardné riadiace štruktúry jazyka Smalltalk vrátane vetiev (if/then/else) a cyklov (while a for) sú definované pomocou objektov, ktorých metódy akceptujú uzávery. Používatelia môžu ľahko definovať aj vlastné riadiace štruktúry.
Možno vytvoriť viacero funkcií, ktoré sa uzavrú nad tým istým prostredím, čo im umožní súkromne komunikovať zmenou tohto prostredia (v jazykoch, ktoré umožňujú priradenie).

V schéme

(define foo #f) (define bar #f) (let ((secret-message "none")) (set! foo (lambda (msg) (set! secret-message msg))) (set! bar (lambda () secret-message))) (display (bar)) ; vypíše "none" (newline) (foo "meet me by the docks at the midnight") (display (bar)) ; vypíše "meet me by the docks at the midnight"

Uzávery možno použiť na implementáciu objektových systémov.

Poznámka: Niektorí používatelia nazývajú uzáverom akúkoľvek dátovú štruktúru, ktorá viaže lexikálne prostredie, ale tento termín sa zvyčajne vzťahuje konkrétne na funkcie.

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to uzávierka v informatike?

Odpoveď: Uzáver je funkcia, ktorá má svoje vlastné prostredie.

Otázka: Čo obsahuje prostredie uzáveru?

Odpoveď: Prostredie uzáveru obsahuje aspoň jednu viazanú premennú.

Otázka: Kto dal myšlienke uzáveru meno?

Odpoveď: Peter J. Landin dal myšlienke uzáveru meno v roku 1964.

Otázka: Ktorý programovací jazyk spopularizoval uzávery po roku 1975?

Odpoveď: Programovací jazyk Scheme spopularizoval uzávery po roku 1975.

Otázka: Sú anonymné funkcie a uzávery to isté?

Odpoveď: Anonymné funkcie sa niekedy nesprávne nazývajú uzávery, ale nie všetky anonymné funkcie sú uzávery.

Otázka: Čo robí z anonymnej funkcie uzáver?

Odpoveď: Anonymná funkcia je uzáver, ak má vlastné prostredie s aspoň jednou viazanou premennou.

Otázka: Je pomenovaná uzávierka anonymná?

Odpoveď: Nie, pomenovaná uzávierka nie je anonymná.