冒號和他的學生們（連載9）——泛型範式

泛型範式

演算法是脊，資料是肉；思想是雞，結論是蛋　　　　　　　　——題記

冒號重新開講：“你們會不會經常遇到這種情景：一遍又一遍地寫著相似的代碼，有心將其歸併，卻因種種原因無法踐行。”

逗號心有戚戚焉道：“是啊，有時明明兩個函數的實現幾乎一模一樣的，就因為某些參數不匹配，無法合而為一。”

“有一種編程範式可以解決這個問題，它打破了不同資料結構之間的壁壘，讓你的代碼不再臃腫，這——就是泛型程式設計。”冒號的語調和說辭不免令人聯想到電視上的減肥廣告，“Generic Programming，簡稱GP，其基本思想是：將演算法與其作用的資料結構分離，並將後者儘可能泛化，最大限度地實現演算法重用。這種泛化是基於模板的多重參數變形（parametric polymorphism），相比OOP基於繼承的子類型多態（subtype polymorphism），不僅普適性更強，而且效率也更高。這不能不說是一種異數——我們知道，普適性往往是以效率為代價的。GP最著名的代表是C++中的STL，其後亦為Java，C#等所吸納。此外，一些函數式語言如Ocaml、Standard ML、Generic Haskell等也支援GP。”

冒號寫下兩段代碼——

C++（泛型程式設計）：

template <typename T>
T max(T a, T b)　　　 // 求出兩個數中的較大者
{
　　　 return　(a > b) ? a : b;
}

C（宏定義）：

#define max(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

“求兩個數中的較大值是經常遇到的問題。”冒號解說著，“對於靜態類型語言來說，若參數類型不同，即使函數體相同也不能合為一體。如果語言不支援重載（overload），還可能出現maxInt、maxLong、maxFloat、 maxDouble之類的函數名，冗贅而醜陋。儘管在C中可用宏定義來實現，但無法保證型別安全，而C++模板則兼顧型別安全和代碼重用，並且由於是在編譯期間展開的，效率上也不損失。不止於此，C++支援運算子多載，除數實值型別外，一切定義了‘>’ 運算的資料類型均可調用max函數，真是一舉N得，N趨向無窮大啊！”

冒號邊說邊比劃，誇張的語氣和手勢逗得大家都笑了。

引號提出疑問：“Java的一切對象都是Object，將所有參數都換成Object類型，豈不也是一種泛化？”

冒號答道：“首先，基本類型如int，float等不是Object的子類，雖然Java 新增了自動裝拆箱（autoboxing/unboxing）的功能，但要付出效能的代價。更重要的是，這將不可避免地需要類型強制轉換，喪失了靜態類型語言的優勢，為Bug大開方便之門。這也是Java最終引入模板的原因，雖然有些姍姍來遲。類似地，C/C++中的通用指標void *也有型別安全問題。”

句號發表他的看法：“泛型雖好，似乎只是某些局部才用到的技術，不具有前面幾種範式的滲透性。”

冒號聽罷不語，返身在黑板上寫下幾道題——

1．從一個整數數組中隨機抽取十個數，對其中的素數求和

2．將一個無序整數集中所有的完全平方數換成其平方根

3．從學產生績表中，列出門門都及格且平均分在70分以上的學生名單

4．在一個著色二元樹中，將所有的紅色結點塗成藍色

5．將一個字串從倒數第三個字元開始反向拷貝到另一個字串中

6．每從標準輸入讀取一個非數位字元，於標準輸出列印‘請輸入數字’