Γιατί οι χορδές είναι αμετάβλητες στις γλώσσες προγραμματισμού;

Οι χορδές είναι αμετάβλητες σε πολλές γλώσσες προγραμματισμού όπως η Java, η Python, η JavaScript (συνήθως) και η C# για διάφορους λόγους, που σχετίζονται κυρίως με τις επιδόσεις, την ασφάλεια και την απλούστευση της ταύτητας. Ακολουθεί μια ανάλυση των βασικών πλεονεκτημάτων:

1. Απόδοση και απόδοση μνήμης:

* Προσωρινή αποθήκευση και interning: Οι αμετάβλητες χορδές μπορούν να αποθηκευτούν με ασφάλεια. Πολλές γλώσσες χρησιμοποιούν μια τεχνική που ονομάζεται "String Interning", όπου μόνο ένα αντίγραφο μιας συμβολοσειράς με μια συγκεκριμένη τιμή αποθηκεύεται στη μνήμη. Εάν δημιουργήσετε μια νέα συμβολοσειρά με την ίδια τιμή με μια υπάρχουσα interned string, η γλώσσα απλά δείχνει την υπάρχουσα συμβολοσειρά στη μνήμη αντί να διαθέτει νέα μνήμη. Αυτό μειώνει δραματικά την κατανάλωση μνήμης, ειδικά όταν ασχολείται με πολλές επαναλαμβανόμενες χορδές. Οι μεταβλητές χορδές δεν μπορούν να είναι ασφαλώς διότι η αξία τους θα μπορούσε να αλλάξει, σπάζοντας την κοινή χρήση.

* Βελτιστοποιημένες λειτουργίες συμβολοσειράς: Δεδομένου ότι η συμβολοσειρά είναι εγγυημένη να μην αλλάξει, οι μεταγλωττιστές και τα περιβάλλοντα χρόνου εκτέλεσης μπορούν να κάνουν βελτιστοποιήσεις για λειτουργίες συμβολοσειράς. Μπορούν να αποφύγουν περιττή αντιγραφή ή αμυντικό προγραμματισμό. Για παράδειγμα, εάν μια συνάρτηση λαμβάνει μια συμβολοσειρά ως είσοδο, δεν χρειάζεται να δημιουργήσει ένα αντίγραφο της συμβολοσειράς για την προστασία από την τροποποίηση, επειδή η αρχική συμβολοσειρά είναι εγγυημένη να μην αλλάξει.

* hashing: Οι αμετάβλητες χορδές μπορούν να έχουν τους κώδικες κατακερματισμού τους υπολογισμένες και αποθηκευμένες μία φορά. Αυτό είναι ιδιαίτερα ευεργετικό όταν χρησιμοποιείται ως πλήκτρα σε πίνακες κατακερματισμού (λεξικά). Ο κώδικας κατακερματισμού δεν χρειάζεται να επανασυνδεθεί εάν η συμβολοσειρά είναι αμετάβλητη, οδηγώντας σε ταχύτερες αναζητήσεις.

2. Ασφάλεια:

* Αποτρέπει την ακούσια τροποποίηση: Η αμετάβλητη αποτρέπει την τυχαία ή κακόβουλη τροποποίηση των χορδών που έχουν περάσει ως επιχειρήματα σε λειτουργίες ή αποθηκεύονται σε δομές δεδομένων. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε ευαίσθητα στην ασφάλεια περιβάλλοντα. Για παράδειγμα:

* Εάν μια συμβολοσειρά που αντιπροσωπεύει ένα όνομα χρήστη μεταβιβάζεται σε μια συνάρτηση ελέγχου ταυτότητας, η αμετάβλητη εξασφαλίζει ότι το όνομα χρήστη δεν μπορεί να μεταβληθεί κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ελέγχου ταυτότητας.

* Εάν μια συμβολοσειρά χρησιμοποιείται ως όνομα αρχείου, η αμετάβλητη εμποδίζει να αλλάξει σε ένα διαφορετικό, δυνητικά επιβλαβές όνομα αρχείου μετά το άνοιγμα του αρχείου.

* Μειώνει σφάλματα: Η αμετάβλητη εξαλείφει μια ολόκληρη κατηγορία σφαλμάτων που σχετίζονται με ακούσιες παρενέργειες. Είναι πολύ πιο εύκολο να αιτιολογηθεί ο κώδικας όταν γνωρίζετε ότι μια τιμή συμβολοσειράς που μεταβιβάζεται σε μια λειτουργία δεν θα αλλάξει από αυτή τη λειτουργία.

3. Συμφωνία και Ασφάλεια νήματος:

* Απλοποιεί τον ταυτόχρονα προγραμματισμό: Τα αμετάβλητα αντικείμενα είναι εγγενώς ασφαλή για το νήμα. Πολλαπλά νήματα μπορούν να έχουν πρόσβαση και να χρησιμοποιούν την ίδια αμετάβλητη συμβολοσειρά χωρίς καμία ανάγκη για κλειδαριές ή συγχρονισμό. Αυτό απλοποιεί σημαντικά τον ταυτόχρονα προγραμματισμό, καθώς δεν χρειάζεται να ανησυχείτε για τις συνθήκες φυλής ή τη διαφθορά των δεδομένων όταν έχουν πρόσβαση σε πολλαπλά νήματα στη συμβολοσειρά. Αυτό είναι ζωτικής σημασίας για τις σύγχρονες εφαρμογές που συχνά χρησιμοποιούν πολλαπλές νησίδες για την απόδοση.

4. Απλότητα και προβλεψιμότητα:

* ευκολότερο να αιτιολογηθεί για τον κωδικό: Οι αμετάβλητες δομές δεδομένων διευκολύνουν τον κώδικα ευκολότερο να κατανοηθούν και να εντοπίσουν σφάλματα, επειδή μπορείτε να είστε σίγουροι ότι το κράτος τους δεν θα αλλάξει απροσδόκητα. Αυτό διευκολύνει τη λογική για τη ροή δεδομένων στο πρόγραμμά σας και τον εντοπισμό πιθανών προβλημάτων.

Παράδειγμα (επεξηγηματικό):

Φανταστείτε μια γλώσσα όπου οι χορδές ήταν μεταβλητές.

`` `Python

def modify_string:

S [0] ='x' # Προσπάθεια τροποποίησης της συμβολοσειράς (δεν επιτρέπεται στο Python)

my_string ="γεια"

Modify_String (my_string)

εκτύπωση (my_string) # τι θα συμβεί;

`` `

Εάν οι συμβολοσειρές ήταν μεταβλητές, η λειτουργία `modify_string` θα μπορούσε ενδεχομένως να αλλάξει την αρχική μεταβλητή 'my_string`. Αυτό θα δυσκολευόταν να προβλέψει τη συμπεριφορά του προγράμματος. Με την αμετάβλητη, η λειτουργία πιθανότατα θα χρειαστεί να δημιουργήσει ένα * νέο αντικείμενο * String με την τροποποίηση, αφήνοντας το αρχικό ανέγγιχτο.

εναλλακτικές λύσεις και συμβιβασμούς:

Ενώ η αμετάβλητη προσφέρει πολλά οφέλη, υπάρχουν επίσης καταστάσεις όπου οι μεταβλητές χορδές μπορεί να φαίνονται πιο βολικές (π.χ., δημιουργώντας μια μακρά χορδή σταδιακά). Ωστόσο, τα οφέλη από την αμετάβλητη γενικά αντισταθμίζουν την πιθανή ταλαιπωρία. Όταν πρέπει να δημιουργήσετε μια συμβολοσειρά διαδοχικά, χρησιμοποιείτε συνήθως ένα `stringbuilder` (σε java και c#) ή μια λίστα με χορδές (σε python) που είναι * μεταβλητά * και βελτιστοποιούνται για τη συγκόλληση συμβολοσειράς. Στη συνέχεια, μετατρέπετε το αποτέλεσμα σε μια αμετάβλητη συμβολοσειρά όταν τελειώσετε.

Συνοπτικά:

Η μετατόπιση των συμβολοσειρών είναι μια επιλογή σχεδιασμού που δίνει προτεραιότητα στην απόδοση, την ασφάλεια, την ασφάλεια των νημάτων και την προβλεψιμότητα. Παρόλο που μπορεί να απαιτεί ελαφρώς διαφορετικές προσεγγίσεις σε ορισμένες εργασίες χειρισμού των συμβολοσειρών, τα συνολικά οφέλη όσον αφορά την ποιότητα και την αξιοπιστία του κώδικα είναι σημαντικά.