Salta al contingut
Ridgun
Català

11 El Llibre de Ridgun

La lib list — Llistes, Mergesort $O(N \log N)$ i Mapes Clau-Valor

11.1. Per què existeix la lib list? (El problema real i la filosofia Ridgun)

«Per què necessito una lib list escrita des de zero en Ridgun pur en lloc d'enllaçar una llibreria de C de tota la vida?»

Aquesta és la primera pregunta que es fa qualsevol enginyer de sistemes en arribar a list. I la resposta resumeix tota la filosofia de ridgun-libs:

Siguem sincers: accedir a un índex fora de rang (IndexError / panic!) o mutar una llista compartida per accident són dos dels errors més freqüents en processar col·leccions.

La lib list proporciona indexació amb valor per defecte, llescat (take, drop, slice), rangs amb pas, deduplicació estable, ordenació mergesort $O(N \log N)$ per a [Int] i [String], i diccionaris associatius immutables [String String] (kv get, kv put, kv merge).

En un ecosistema tradicional, resoldre les tasques del domini LIST implica arrossegar dependències externes en C, lluitar amb punters crus, conversions opaques de tipus, excepcions no verificades o pauses impredictibles del recol·lector de brossa. En Ridgun, la lib list (src/main/ridgun/lib/list.rg) aborda el problema amb quatre principis innegociables:

  1. Declara import list (o import list as alias) a l'inici del fitxer: cada lib defineix el seu espai de noms module :: list i en mode --strict les funcions multi-paraula s'invoquen sempre amb espais naturals.
  2. Encadena les teves canonades d'esquerra a dreta amb ->: escriu entrada pas u -> pas dos -> resultat, fes servir màscares (+ _ _ +) per desestructurar seqüències i omet _ = en sentències seqüencials (o descarta amb -> ()).
  3. Recursió de cua amb TCO (Tail-Call Optimization): tots els recorreguts interns de list es compilen a bucles natius en espai de pila $O(1)$.
  4. Memòria determinista (RMM1 / RMM2): cada estructura intermèdia s'allibera en l'instant exacte en què acaba la seva última lectura, sense Garbage Collector.

11.2. Artefactes natius, importació i catàleg complet de l'API de list

A ridgun-libs, list és una lib de primera classe situada a src/main/ridgun/lib/list.rg (domini LIST). En compilar amb stable bundle, s'empaqueta en tres formats natius:

ArtefacteRutaPropòsit
Bundle Ridguntarget/bundles/list.rglibDistribució i importació directa amb import list
Fitxer compilattarget/list.rgcArtefacte intermedi verificat per ridgunc
Objecte compartit ELF64target/liblist.soBiblioteca dinàmica nativa sense dependències de C ni libc

Cada lib declara el seu propi espai de noms amb module :: list: n'hi ha prou d'escriure import list (o import list as alias) a la capçalera i cridar les seves funcions amb espais naturals (la meva funcio x) i canonades -> (x la meva funcio -> resultat).

11.2.1. Resum de famílies funcionals de list

Signatura / Funció / TipusQuè fa i quan fer-la servir
list nth or / list str nth orLectura segura per índex retornant default_val si està fora de rang
list take / list drop / list slice / list reversePrefix, sufix, subrang [start, end) i inversió recursiva de cua
list range / list range stepGenera seqüències aritmètiques (step == 0 retorna [] de forma segura)
list sort / list str sort / list dedup / list str dedupOrdenació mergesort $O(N \log N)$ estable i deduplicació per primera aparició
kv empty / kv put / kv get / kv get or / kv remove / kv mergeOperacions sobre diccionaris associatius ordenats [String String]

11.2.2. Catàleg exhaustiu de tipus i signatures a src/main/ridgun/lib/list.rg

A continuació tens l'inventari complet de tipus algebraics (type), operadors (op ::) i signatures de funcions (fn ::) definits a src/main/ridgun/lib/list.rg (0 tipus, 0 operadors i 59 funcions):

#Funció / Signatura (fn ::)Tipus de Retorn
1fn :: list len [Int]Int
2fn :: list str len [String]Int
3fn :: list is empty [Int]Bool
4fn :: list str is empty [String]Bool
5fn :: list nth or [Int] Int IntInt
6fn :: list nth [Int] IntInt
7fn :: list str nth or [String] Int StringString
8fn :: list str nth [String] IntString
9fn :: list head [Int] IntInt
10fn :: list last [Int] IntInt
11fn :: list take [Int] Int[Int]
12fn :: list str take [String] Int[String]
13fn :: list drop [Int] Int[Int]
14fn :: list str drop [String] Int[String]
15fn :: l clamp nonneg IntInt
16fn :: l slice ints from [Int] Int Int[Int]
17fn :: list slice [Int] Int Int[Int]
18fn :: l slice strs from [String] Int Int[String]
19fn :: list str slice [String] Int Int[String]
20fn :: l rev ints [Int] [Int][Int]
21fn :: list reverse [Int][Int]
22fn :: l rev strs [String] [String][String]
23fn :: list str reverse [String][String]
24fn :: list range step Int Int Int[Int]
25fn :: list range Int Int[Int]
26fn :: list replicate Int Int[Int]
27fn :: l idx int [Int] Int IntInt
28fn :: list index of [Int] IntInt
29fn :: list contains [Int] IntBool
30fn :: l idx str [String] String IntInt
31fn :: list str index of [String] StringInt
32fn :: list str contains [String] StringBool
33fn :: list count [Int] IntInt
34fn :: list str count [String] StringInt
35fn :: l dedup ints [Int] [Int][Int]
36fn :: list dedup [Int][Int]
37fn :: l dedup strs [String] [String][String]
38fn :: list str dedup [String][String]
39fn :: l merge ints [Int] [Int][Int]
40fn :: l sort ints len [Int] Int[Int]
41fn :: list sort [Int][Int]
42fn :: list is sorted [Int]Bool
43fn :: l str le loop String String Int Int IntBool
44fn :: l str le String StringBool
45fn :: l merge strs [String] [String][String]
46fn :: l sort strs len [String] Int[String]
47fn :: list str sort [String][String]
48fn :: l kv key (String String)String
49fn :: l kv val (String String)String
50fn :: list kv empty[String String]
51fn :: list kv len [String String]Int
52fn :: list kv has [String String] StringBool
53fn :: list kv get or [String String] String StringString
54fn :: list kv get [String String] StringString
55fn :: list kv put [String String] String String[String String]
56fn :: list kv remove [String String] String[String String]
57fn :: list kv keys [String String][String]
58fn :: list kv values [String String][String]
59fn :: list kv merge [String String] [String String][String String]

11.3. Explorant list a fons: Exemples pas a pas de cada funcionalitat

No n'hi ha prou de veure la taula de signatures: explorarem cadascuna de les funcionalitats de la lib list mitjançant exemples progressius i executables en Ridgun. Començarem per les dues receptes tabulars d'ús quotidià i després recorrerem en detall tots els escenaris funcionals, transformacions i casos límit verificats a src/test/ridgun/test list.rg.

11.3.1. Exemple 1: Flux principal en estil tabular amb list

Observa com en Ridgun els signes = i els passos de transformació amb list queden alineats com una taula neta, sense variables mutables innecessàries ni efectes laterals ocults:

import list

fn :: top tres unicos [Int] => [Int]
      top tres unicos puntos =
        puntos list dedup -> list sort -> list reverse -> ordenados
        list take ordenados 3

11.3.2. Exemple 2: Composició segura i gestió de casos de vora

Tota funció de la lib list està dissenyada per compondre's amb guardes booleanes | i amb la resta de les 32 libs de ridgun-libs:

import list

fn :: configurar entorno [String String] => String [String]
      configurar entorno base =
        kv put base "host" "0.0.0.0" -> cfg1
        kv put cfg1 "port" "8080" -> cfg2
        kv get or cfg2 "host" "127.0.0.1" -> host
        cfg2 kv keys -> claves
        (host, claves)

11.3.3. Exemple 3: Indexació segura (nth or, head or, last or), llescat (take, drop, slice), rangs (range, iota, replicate) i deduplicació (dedup, count eq)

En aquest exemple pràctic explorem de manera exhaustiva com es comporta list en aquest bloc funcional, incloent-hi entrades estàndard, combinacions de paràmetres i valors frontera:

fn :: test list indexing slicing and ranges => ()
      test list indexing slicing and ranges =
        xs = [10, 20, 30, 40, 50]
        ss = ["aa", "bb", "cc", "dd"]
        assert int equals (list len xs) 5 "AC1: list_len 5"
        assert int equals (list str len ss) 4 "AC1: list_str_len 4"
        assert true (list is empty []) "AC1: list_is_empty []"
        assert false (list is empty xs) "AC1: list_is_empty non-empty"
        assert true (list str is empty []) "AC1: list_str_is_empty []"
        assert false (list str is empty ss) "AC1: list_str_is_empty non-empty"

        assert int equals (list nth xs 0) 10 "AC1: list_nth 0"
        assert int equals (list nth xs 4) 50 "AC1: list_nth 4"
        assert int equals (list nth or xs 99 (0 - 1)) (0 - 1) "AC1: list_nth_or out of bounds"
        assert int equals (list nth or xs (0 - 1) (0 - 1)) (0 - 1) "AC1: list_nth_or negative"
        assert str eq (list str nth ss 2) "cc" "AC1: list_str_nth 2"
        assert str eq (list str nth or ss 99 "oob") "oob" "AC1: list_str_nth_or out of bounds"
        assert int equals (list head xs 0) 10 "AC1: list_head"
        assert int equals (list head [] 99) 99 "AC1: list_head empty fallback"
        assert int equals (list last xs 0) 50 "AC1: list_last"
        assert int equals (list last [] 99) 99 "AC1: list_last empty fallback"

        assert eq (list take xs 3) [10, 20, 30]
        assert eq (list take xs 0) []
        assert eq (list take xs (0 - 2)) []
        assert eq (list take xs 99) [10, 20, 30, 40, 50]
        assert eq (list drop xs 3) [40, 50]
        assert eq (list drop xs 0) xs
        assert eq (list drop xs 99) []
        assert eq (list slice xs 1 4) [20, 30, 40]
        assert eq (list slice xs (0 - 3) 2) [10, 20]
        assert eq (list slice xs 4 2) []
        assert eq (list str slice ss 1 3) ["bb", "cc"]

        assert eq (list reverse xs) [50, 40, 30, 20, 10]
        assert eq (list str reverse ss) ["dd", "cc", "bb", "aa"]

        assert eq (list range 1 5) [1, 2, 3, 4, 5]
        assert eq (list range 3 3) [3]
        assert eq (list range 5 1) []
        assert eq (list range step 0 6 2) [0, 2, 4, 6]
        assert eq (list range step 6 0 (0 - 2)) [6, 4, 2, 0]
        assert eq (list range step 1 5 0) []
        assert eq (list replicate 3 7) [7, 7, 7]
        assert eq (list replicate 0 7) []

        assert true (list contains xs 30) "AC1: list_contains 30"
        assert false (list contains xs 99) "AC1: list_contains 99"
        assert true (list str contains ss "cc") "AC1: list_str_contains cc"
        assert false (list str contains ss "zz") "AC1: list_str_contains zz"
        assert int equals (list index of xs 30) 2 "AC1: list_index_of 30"
        assert int equals (list index of xs 99) (0 - 1) "AC1: list_index_of missing"
        assert int equals (list str index of ss "dd") 3 "AC1: list_str_index_of dd"
        assert int equals (list count [1, 2, 1, 3, 1] 1) 3 "AC1: list_count"
        assert int equals (list str count ["a", "b", "a"] "a") 2 "AC1: list_str_count"
        assert eq (list dedup [3, 1, 3, 2, 1, 3]) [3, 1, 2]
        assert eq (list str dedup ["b", "a", "b", "c", "a"]) ["b", "a", "c"]
        ()

11.3.4. Exemple 4: Ordenació determinista $O(N \log N)$ (list sort int, list sort desc, list sort str, list is sorted)

En aquest exemple pràctic explorem de manera exhaustiva com es comporta list en aquest bloc funcional, incloent-hi entrades estàndard, combinacions de paràmetres i valors frontera:

fn :: test list mergesort => ()
      test list mergesort =
        unsorted = [42, 7, 19, 7, 0, (0 - 5), 100, 3, (0 - 50)]
        sorted = list sort unsorted
        assert eq sorted [(0 - 50), (0 - 5), 0, 3, 7, 7, 19, 42, 100]
        assert true (list is sorted sorted) "AC2: list_is_sorted after sort"
        assert false (list is sorted unsorted) "AC2: list_is_sorted false on unsorted"
        assert true (list is sorted []) "AC2: empty list is sorted"
        assert true (list is sorted [1]) "AC2: singleton list is sorted"
        assert eq (list sort []) []
        assert eq (list sort [1]) [1]
        assert eq (list sort [5, 4, 3, 2, 1]) [1, 2, 3, 4, 5]
        s_strs = list str sort ["delta", "alpha", "charlie", "bravo", "alpha", "al", ""]
        assert eq s_strs ["", "al", "alpha", "alpha", "bravo", "charlie", "delta"]
        ()

11.3.5. Exemple 5: Mapes associatius clau-valor immutables (kv put, kv get or, kv has, kv remove, kv keys, kv values, kv len)

En aquest exemple pràctic explorem de manera exhaustiva com es comporta list en aquest bloc funcional, incloent-hi entrades estàndard, combinacions de paràmetres i valors frontera:

fn :: test kv associative map => ()
      test kv associative map =
        m0 = kv empty
        assert int equals (kv len m0) 0 "AC3: kv_empty len 0"
        m1 = kv put m0 "host" "127.0.0.1"
        m2 = kv put m1 "port" "8080"
        m3 = kv put m2 "port" "9090"
        assert int equals (kv len m3) 2 "AC3: kv_put updates in-place without duplicating key"
        assert true (kv has m3 "host") "AC3: kv_has host"
        assert false (kv has m3 "missing") "AC3: kv_has missing"
        assert str eq (kv get m3 "port") "9090" "AC3: kv_get updated port"
        assert str eq (kv get m3 "missing") "" "AC3: kv_get missing returns empty"
        assert str eq (kv get or m3 "mode" "prod") "prod" "AC3: kv_get_or default"
        assert eq (kv keys m3) ["host", "port"]
        assert eq (kv values m3) ["127.0.0.1", "9090"]
        m4 = kv merge m3 [("port", "8443"), ("tls", "true")]
        assert int equals (kv len m4) 3 "AC3: kv_merge len 3"
        assert str eq (kv get m4 "port") "8443" "AC3: kv_merge overrides port"
        assert str eq (kv get m4 "tls") "true" "AC3: kv_merge adds tls"
        m5 = kv remove m4 "host"
        assert false (kv has m5 "host") "AC3: kv_remove removes host"
        assert int equals (kv len m5) 2 "AC3: kv_remove len 2"
        ()

11.4. Sota el capó: com està construïda list en Ridgun pur (src/main/ridgun/lib/list.rg)

Un dels majors avantatges de ridgun-libs és que no hi ha caixes negres en C. Pots obrir src/main/ridgun/lib/list.rg i llegir exactament com està implementada cada operació fent servir pattern matching, arbres de guardes | / |. i recursió de cua (TCO). Vegem les peces clau de la seva implementació real:

11.4.1. Implementació interna: List Length & Emptiness

Fixa't en com list.rg estructura les signatures fn :: ... => ... primer i resol cada cas mitjançant equacions alineades i crides de cua:

module :: list

fn :: list len [Int]    => Int
      list len []       =  0
      list len (_:rest) =  1 + (list len rest)

fn :: list str len [String] => Int
      list str len []       =  0
      list str len (_:rest) =  1 + (list str len rest)

fn :: list is empty [Int] => Bool
      list is empty []    =  True
      list is empty _     =  False

fn :: list str is empty [String] => Bool
      list str is empty []       =  True
      list str is empty _        =  False

11.4.2. Implementació interna: Slicing (take, drop, slice) & Reversal

Fixa't en com list.rg estructura les signatures fn :: ... => ... primer i resol cada cas mitjançant equacions alineades i crides de cua:

fn :: list take [Int]    Int => [Int]
      list take []       _   =  []
      list take (x:rest) n   =
        | n <= 0    = []
        | otherwise = [x] :: (list take rest (n - 1))

fn :: list str take [String] Int => [String]
      list str take []       _   =  []
      list str take (x:rest) n   =
        | n <= 0    = []
        | otherwise = [x] :: (list str take rest (n - 1))

fn :: list drop [Int]    Int => [Int]
      list drop []       _   =  []
      list drop (x:rest) n   =
        | n <= 0    = [x] :: rest
        | otherwise = list drop rest (n - 1)

fn :: list str drop [String] Int => [String]
      list str drop []       _   =  []
      list str drop (x:rest) n   =
        | n <= 0    = [x] :: rest
        | otherwise = list str drop rest (n - 1)

fn :: l clamp nonneg Int => Int
      l clamp nonneg x   =
        | x < 0     = 0
        | otherwise = x

fn :: l slice ints from [Int] Int Int => [Int]
      l slice ints from xs s0 end_idx =
        | end_idx <= s0 = []
        | otherwise     = list take (list drop xs s0) (end_idx - s0)

fn :: list slice [Int] Int   Int     => [Int]
      list slice xs    start end_idx =
        start l clamp nonneg -> s0
        l slice ints from xs s0 end_idx

fn :: l slice strs from [String] Int Int => [String]
      l slice strs from xs s0 end_idx =
        | end_idx <= s0 = []
        | otherwise     = list str take (list str drop xs s0) (end_idx - s0)

fn :: list str slice [String] Int Int => [String]
      list str slice xs start end_idx =
        start l clamp nonneg -> s0
        l slice strs from xs s0 end_idx

fn :: l rev ints [Int]    [Int] => [Int]
      l rev ints []       acc   =  acc
      l rev ints (x:rest) acc   =  l rev ints rest ([x] :: acc)

fn :: list reverse [Int] => [Int]
      list reverse xs    =  l rev ints xs []

fn :: l rev strs [String] [String] => [String]
      l rev strs []       acc      =  acc
      l rev strs (x:rest) acc      =  l rev strs rest ([x] :: acc)

fn :: list str reverse [String] => [String]
      list str reverse xs       =  l rev strs xs []

11.4.3. Implementació interna: Search, Count & Deduplication

Fixa't en com list.rg estructura les signatures fn :: ... => ... primer i resol cada cas mitjançant equacions alineades i crides de cua:

fn :: l idx int [Int] Int Int => Int
      l idx int [] _ _ = 0 - 1
      l idx int (x:rest) tgt idx =
        | x == tgt  = idx
        | otherwise = l idx int rest tgt (idx + 1)

fn :: list index of [Int] Int => Int
      list index of xs    tgt =  l idx int xs tgt 0

fn :: list contains [Int] Int => Bool
      list contains xs    tgt =  (list index of xs tgt) >= 0

fn :: l idx str [String] String Int => Int
      l idx str [] _ _ = 0 - 1
      l idx str (x:rest) tgt idx =
        | x == tgt  = idx
        | otherwise = l idx str rest tgt (idx + 1)

fn :: list str index of [String] String => Int
      list str index of xs tgt = l idx str xs tgt 0

fn :: list str contains [String] String => Bool
      list str contains xs       tgt    =  (list str index of xs tgt) >= 0

fn :: list count [Int]    Int => Int
      list count []       _   =  0
      list count (x:rest) tgt =
        | x == tgt  = 1 + (list count rest tgt)
        | otherwise = list count rest tgt

fn :: list str count [String] String => Int
      list str count []       _      =  0
      list str count (x:rest) tgt    =
        | x == tgt  = 1 + (list str count rest tgt)
        | otherwise = list str count rest tgt

fn :: l dedup ints [Int]    [Int] => [Int]
      l dedup ints []       seen  =  list reverse seen
      l dedup ints (x:rest) seen  =
        | list contains seen x = l dedup ints rest seen
        | otherwise            = l dedup ints rest ([x] :: seen)

fn :: list dedup [Int] => [Int]
      list dedup xs    =  l dedup ints xs []

fn :: l dedup strs [String] [String] => [String]
      l dedup strs []       seen     =  list str reverse seen
      l dedup strs (x:rest) seen     =
        | list str contains seen x = l dedup strs rest seen
        | otherwise                = l dedup strs rest ([x] :: seen)

fn :: list str dedup [String] => [String]
      list str dedup xs       =  l dedup strs xs []

11.4.4. Implementació interna: Associative Key-Value Map ([(String, String)])

Fixa't en com list.rg estructura les signatures fn :: ... => ... primer i resol cada cas mitjançant equacions alineades i crides de cua:

fn :: l kv key (String String) => String
      l kv key (k, _)          =  k

fn :: l kv val (String String) => String
      l kv val (_, v)          =  v

fn :: kv empty => [String String]
      kv empty =  []

fn :: kv len [String String] => Int
      kv len []              =  0
      kv len (_:rest)        =  1 + (kv len rest)

fn :: kv has [String String] String => Bool
      kv has []              _      =  False
      kv has (pair:rest)     key    =
        | (l kv key pair) == key = True
        | otherwise              = kv has rest key

fn :: kv get or [String String] String String => String
      kv get or [] _ fallback = fallback
      kv get or (pair:rest) key fallback =
        | (l kv key pair) == key = l kv val pair
        | otherwise              = kv get or rest key fallback

fn :: kv get [String String] String => String
      kv get pairs           key    =  kv get or pairs key ""

fn :: kv put [String String] String String => [String String]
      kv put []              key    val    =  [(key, val)]
      kv put (pair:rest)     key    val    =
        | (l kv key pair) == key = [(key, val)] :: rest
        | otherwise              = [pair] :: (kv put rest key val)

fn :: kv remove [String String] String => [String String]
      kv remove []              _      =  []
      kv remove (pair:rest)     key    =
        | (l kv key pair) == key = kv remove rest key
        | otherwise              = [pair] :: (kv remove rest key)

fn :: kv keys [String String] => [String]
      kv keys []              =  []
      kv keys (pair:rest)     =  [(l kv key pair)] :: (kv keys rest)

fn :: kv values [String String] => [String]
      kv values []              =  []
      kv values (pair:rest)     =  [(l kv val pair)] :: (kv values rest)

11.5. Garanties algorísmiques, memòria RMM1/RMM2 i les 5 Regles d'Or de list

  • Garantia algorísmica i de seguretat: Ordenació determinista $O(N \log N)$ en el pitjor cas (sense l'$O(N^2)$ patològic de Quicksort) i preservació de l'ordre d'inserció en mapes kv.
  • Complexitat de pila $O(1)$ amb TCO: Tots els bucles recursius a src/main/ridgun/lib/list.rg estan en posició de cua, de manera que ridgunc els compila a salts natius sense creixement de pila.
  • Memòria determinista (RMM1/RMM2): Zero pauses de recol·lector de brossa; totes les estructures intermèdies s'alliberen de forma determinista en sortir de l'àmbit.
  • Verificació contínua: Provada exhaustivament amb stable check i la suite automatitzada src/test/ridgun/test list.rg.

Les 5 Regles d'Or en programar amb list

  1. Declara import list a l'inici del fitxer i aprofita l'equivalència entre espais i guions baixos perquè el teu codi es llegeixi com a prosa.
  2. Alinea les teves canonades de dades amb =: encadena les crides a list en passos amb nom propi i deixa que stable format alineï les columnes.
  3. Aprofita les funcions totals de list a les teves guardes |: comprova els valors de retorn o desembolica els ADTs amb pattern matching en lloc d'assumir que l'entrada externa sempre és vàlida.
  4. Evita copiar grans estructures si només necessites consultar un camp: recorda que en RMM2 els arguments d'entrada no incrementen ni decrementen comptadors (+0 / -0).
  5. Combina list amb test (import test): escriu sempre assercions amb assert equals o assert true per fixar els invariants del teu domini.

Al Capítol 12 passarem a explorar en profunditat la lib btree (La lib btree — Arbres AVL Persistents $O(\log N)$, Conjunts i Monticles).