头等对象
头等对象（英语：First-class object），在电脑科学中，指称支持其他实体通常能获得的所有运算的实体。这些运算典型的包括：在执行期创造，作为参数传递给其他函数，或存入一个变数等[1]。将一个实体变为头等对象的过程叫做“实化”（Reification）[2]。
“头等对象”这一名称最早由克里斯托弗·斯特雷奇在1960年代发明，原称“头等公民”（First-class citizen），意指函数可作为电脑语言中的头等公民。英文中也称“First-class entity”或“First-class value”。
历史
头等对象和二等对象的概念，在1960年由克里斯托弗·斯特雷奇引入。[3][4] 实际上他并没有给出严格的术语定义，而是给出了ALGOL语言中实数和过程的对比：
头等对象和二等对象。在Algol程序语言中，一个“实数”可能会出现在一个表达式中或被赋给一个变量，并可能在过程调用中作为实际参数出现。而“过程”只可能会出现在另一个过程调用中，最常见的是作为操作符，有时候也作为实参。除此之外，没有表达式会涉及到过程，或者将过程作为计算结果。因此在某种意义上，在Algol程序语言中的过程是二等公民，它们总是会单独出现，不可能被一个表达式或一个变量表示（形式参数除外）…[5]
在1990年代，拉斐尔·芬克尔提出了二等值和三等值的定义[6]，但这些定义尚未被广泛采用。[7]
定义
头等对象不一定是面向对象程序设计所指的物件，而可以指任何程序中的实体。Robin Popplestone给出如下定义：
- 所有项目都有特定的基本权力。
- 所有项目都可以作为函数的实际参数。
- 所有项目都可以作为函数的结果返回。
- 所有项目都可以是赋值语句的主体。
- 所有项目都可以等式测试。[8]
范例
最简单的标量数据类型，比如整数和浮点数，几乎总是头等的。在很多较早的语言中，数组和字符串不是头等的：它们不能被作为赋值的对象，或作为形式参数传递给子例程。例如，FORTRAN IV和C都不支持数组赋值，并且它们在作为形式参数传递的时候，实际上只有它们的第一个元素的位置被传递了，它们的大小失去了。C看起来支持数组指针的复制，但实际上它们只是到数组的第一个元素的指针，仍然不承载这个数组的大小。
不同语言中对函数的区别很大，例如C语言与C++中的函数不是头等对象，因为在这些语言中函数不能在执行期创造，而必须在设计时全部写好。相比之下，Scheme中的函数是头等对象，因为可以用lambda表达式来创造匿名函数并作为头等对象来操作。
| 概念 | 描述 | 语言 |
|---|---|---|
| 头等函数 | 闭包和匿名函数 | Dart, Scheme, ML, Haskell, F#, Kotlin, Scala, Swift, Perl, PHP, Python, Raku, JavaScript, Delphi, Rust |
| 头等控制 | 续体 | Scheme, ML, F# |
| 头等类型 | 依赖类型 | Coq, Idris, Agda |
| 头等数据类型 | Generic Haskell, C++11 | |
| 头等多态 | 非直谓多态 | |
| 头等消息 | 动态消息（方法调用） | Smalltalk[9], Objective-C[9], Common Lisp |
| 头等类 | 元类 | Smalltalk, Objective-C, Ruby, Python, Delphi, Common Lisp |
| 头等证明 | 证明对象[10] | Coq, Agda |
参考文献
- ^ Scott, Michael. Programming Language Pragmatics. San Francisco, CA: Morgan Kaufmann Publishers. 2006: 140.
- ^ J. Malenfant, M. Jacques and F.-N. Demers. A Tutorial on Behavioral Reflection and its Implementation. parc.com. [2010-10-09]. （原始内容存档于2010-05-28）.
- ^ Rod Burstall, "Christopher Strachey—Understanding Programming Languages", Higher-Order and Symbolic Computation 13:52 (2000)
- ^ Harold Abelson; Gerald Jay Sussman. 章节1.3.4 脚注64. Structure and Interpretation of Computer Programs [计算机程序的构造和解释] 2. [2015-03-03]. （原始内容存档于2015-03-09） （英语）.
- ^ Christopher Strachey, "Fundamental Concepts in Programming Languages" in Higher-Order and Symbolic Computation 13:11 (2000); though published in 2000, these are notes from lectures Strachey delivered in August, 1967
- ^ R. Finkel. Advanced Programming language Design. : 73 （英语）.
- ^ Norman Ramsey. About first-,second- and third-class value. Stackoverflow. [14 September 2013] （英语）.
- ^ R. J. Popplestone: The Design Philosophy of POP-2. in: D. Michie: Machine Intelligence 3, Edinburgh at the University Press, 1968
- ^ 9.0 9.1 Paritosh Shroff, Scott F. Smith. Type Inference for First-Class Messages with Match-Functions （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ Bove, Ana; Dybjer, Peter. Dependent Types at Work (PDF). Language Engineering and Rigorous Software Development. 2009, 5520: 57–99 [8 June 2015]. doi:10.1007/978-3-642-03153-3_2. （原始内容存档 (PDF)于April 2, 2014）. (also archived （页面存档备份，存于互联网档案馆）)