대부분의 (?) 프로그래밍 언어의 함수가 여러 입력 매개 변수를 지원하지만 하나의 반환 값만 지원하도록 설계된 이유가 있습니까?

대부분의 언어에서 매개 변수를 사용하거나 포인터를 반환하거나 구조체 / 클래스를 정의 / 반환하여 이러한 제한을 "해결"할 수 있습니다. 그러나 프로그래밍 언어가 여러 개의 리턴 값을보다 "자연적인"방식으로 지원하도록 설계되지 않은 것은 이상하게 보입니다.

이에 대한 설명이 있습니까?

Python과 같은 일부 언어는 기본적으로 여러 반환 값을 지원하는 반면 C #과 같은 일부 언어 는 기본 라이브러리를 통해 지원합니다.

그러나 일반적으로이를 지원하는 언어에서도 여러 반환 값은 느슨하기 때문에 자주 사용되지 않습니다.

• 여러 값을 반환하는 함수는 명확하게 이름을 지정하기 어렵습니다 .

• 반환 값의 순서를 잘못 착각하기 쉽습니다.

  (password, username) = GetUsernameAndPassword()  
  

  (이와 같은 이유로 많은 사람들이 함수에 너무 많은 매개 변수를 갖는 것을 피합니다. 어떤 사람들은 함수가 같은 유형의 두 매개 변수를 가져서는 안된다고 말하기까지합니다!)

• OOP 언어는 이미 여러 반환 값에 대한 더 나은 대안을 가지고 있습니다 : 클래스.
  보다 강력한 형식을 가지며 반환 값을 하나의 논리 단위로 그룹화하고 반환 값의 이름 (속성)을 모든 용도에서 일관되게 유지합니다.

그것들 이 꽤 편리한 곳은 하나의 함수에서 여러 개의 반환 값을 다른 입력 매개 변수로 사용할 수있는 언어 (예 : Python)입니다. 그러나 이것이 클래스를 사용하는 것보다 더 나은 디자인 인 사용 사례는 상당히 슬림합니다.

함수는 계산을 수행하고 결과를 반환하는 수학적 구성이기 때문입니다. 실제로, 소수의 프로그래밍 언어가 아닌 "언더 후드"는 하나의 입력과 하나의 출력에만 초점을 맞추고 여러 입력은 입력을 둘러싼 얇은 래퍼로, 단일 값 출력이 작동하지 않을 때 단일 응집성 구조 (또는 튜플 또는 Maybe)가 출력이됩니다 ( "단일"반환 값이 많은 값으로 구성되어 있음).

프로그래머가 out매개 변수가 제한된 시나리오에만 유용한 어색한 구성이라는 것을 알았 기 때문에 이것은 변경되지 않았습니다 . 다른 많은 것들과 마찬가지로 필요 / 수요가 없기 때문에 지원이 없습니다.

수학에서 "잘 정의 된"함수 는 주어진 입력에 대해 하나의 출력 만있는 함수 입니다 (부수적으로 단일 입력 함수 만 가질 수 있으며 여전히 currying을 사용하여 여러 입력을 얻을 수 있음 ).

다중 값 함수 (예 : 양의 정수의 제곱근)의 경우 컬렉션 또는 값 시퀀스를 반환하는 것으로 충분합니다.

당신이 말하고있는 함수의 유형 (예 : 다른 유형의 여러 값을 반환하는 함수 )의 경우 나는 당신이 생각하는 것과 약간 다르게 보입니다. 더 유용한 데이터 구조. 예를 들어, *.TryParse(...)메소드 Maybe<T>가 out 매개 변수를 사용하는 대신 모나드를 반환하는 것이 좋습니다. F #에서이 코드를 생각해보십시오.

let s = "1"
match tryParse s with
| Some(i) -> // do whatever with i
| None -> // failed to parse

컴파일러 / IDE / 분석 지원은 이러한 구성에 매우 좋습니다. 이것은 매개 변수에 대한 "필요한"부분을 많이 해결합니다. 솔직히 말해서, 이것이 해결책이 아닌 다른 방법은 따로 생각할 수 없습니다.

다른 시나리오-내가 기억할 수없는 시나리오-간단한 Tuple로 충분합니다.

함수가 반환 할 때 어셈블리에 사용 된 패러다임을 보면 이미 말한 것 외에도 특정 레지스터의 반환 객체에 대한 포인터를 남깁니다. 변수 / 다중 레지스터를 사용한 경우 호출 함수는 함수가 라이브러리에있는 경우 반환 된 값을 가져올 위치를 알 수 없습니다. 따라서 라이브러리에 연결하는 것이 어려워지고 반환 가능한 포인터 수를 임의로 설정하는 대신 하나를 사용했습니다. 고급 언어는 똑같은 변명을 가지고 있지 않습니다.

과거에 여러 반환 값을 사용한 많은 유스 케이스는 더 이상 현대 언어 기능으로 더 이상 필요하지 않습니다. 오류 코드를 반환 하시겠습니까? 예외를 던지거나를 반환합니다 Either<T, Throwable>. 선택적인 결과를 반환하고 싶습니까? 을 반환합니다 Option<T>. 여러 유형 중 하나를 반환 하시겠습니까? Either<T1, T2>또는 태그가 지정된 유니온을 반환합니다 .

그리고 실제로 여러 값을 반환 해야하는 경우에도 현대 언어는 일반적으로 튜플 또는 일종의 데이터 구조 (목록, 배열, 사전) 또는 객체뿐만 아니라 어떤 형태의 구조화 바인딩 또는 패턴 일치를 지원하여 패키징을 만듭니다. 여러 값을 단일 값으로 만든 다음 다시 여러 값으로 간단하게 파괴합니다.

다음은 여러 값 반환을 지원 하지 않는 언어의 몇 가지 예입니다 . 여러 반환 값에 대한 지원을 추가하여 새로운 언어 기능의 비용을 상쇄하기 위해 표현을 크게 표현하는 방법을 실제로 알지 못합니다.

루비

def foo; return 1, 2, 3 end

one, two, three = foo

one
# => 1

three
# => 3

파이썬

def foo(): return 1, 2, 3

one, two, three = foo()

one
# >>> 1

three
# >>> 3

스칼라

def foo = (1, 2, 3)

val (one, two, three) = foo
// => one:   Int = 1
// => two:   Int = 2
// => three: Int = 3

하스켈

let foo = (1, 2, 3)

let (one, two, three) = foo

one
-- > 1

three
-- > 3

펄 6

sub foo { 1, 2, 3 }

my ($one, $two, $three) = foo

$one
# > 1

$three
# > 3

단일 반환 값이 널리 사용되는 실제 이유는 많은 언어에서 사용되는 표현식입니다. x + 1머리글 표현을 조각으로 나누고 각 조각의 값을 결정하여 머리에 표현을 평가하기 때문에 이미 단일 반환 값의 관점에서 생각하고있는 것처럼 표현할 수있는 모든 언어에서 . 보고 x값이 3 (예 : 3)이라고 결정하고 1을보고x + 1전체의 값이 4라고 결정하기 위해 모두 합치십시오. 표현의 각 구문 부분에는 다른 수의 값이 아닌 하나의 값이 있습니다. 그것은 모든 사람들이 기대하는 표현의 자연스러운 의미입니다. 함수가 한 쌍의 값을 반환하더라도 두 값의 작업을 수행하는 하나의 값을 실제로 반환하는 것입니다. 단일 컬렉션으로 래핑되지 않은 두 개의 값을 반환하는 함수의 아이디어는 너무 이상하기 때문입니다.

사람들은 함수가 둘 이상의 값을 반환하도록하는 대체 의미 체계를 다루기를 원하지 않습니다. 예를 들어, Forth 와 같은 스택 기반 언어 에서는 각 함수가 단순히 스택의 맨 위를 수정하고 입력을 터 뜨리고 출력을 자유롭게 밀어 넣기 때문에 원하는만큼의 반환 값을 가질 수 있습니다. 그렇기 때문에 Forth에는 일반 언어와 같은 표현이 없습니다.

펄 은 함수가 여러 값을 반환하는 것처럼 행동 할 수있는 또 다른 언어입니다. 방법 목록은 "보간" 펄이 우리에게 같은 목록 제공에 (1, foo(), 3)펄이 기대 모르는 대부분의 사람들 등 3 개 요소를 가질 수있는,하지만 그냥 간단하게 만 2 요소, 4 개 요소, 또는에 따라 요소의 더 많은 수를 가질 수 foo(). Perl 의리스트 는 전개 되어 구문리스트가 항상리스트의 의미를 갖지는 않습니다. 그것은 단지 더 큰 목록의 일부일 수 있습니다.

함수가 여러 값을 반환하도록하는 또 다른 방법은식이 여러 값을 가질 수 있고 각 값이 가능성을 나타내는 대체 식 의미론을 갖는 것입니다. x + 1다시 가져 오지만 이번에 x는 {3, 4}의 두 값 x + 1이 있고 그 값 이 {4, 5}이고 그 값 x + x이 {6, 8} 또는 {6, 7, 8} 일 것이라고 상상해보십시오. 하나 개의 평가를 위해 다수의 값을 사용할 수 있는지 여부에 따라 x. 이와 같은 언어는 Prolog 가 쿼리에 여러 답변을 제공하는 데 사용하는 것과 유사한 역 추적을 사용하여 구현 될 수 있습니다 .

간단히 말해, 함수 호출은 단일 구문 단위이고 단일 구문 단위는 모두 우리가 알고 사랑하는 표현 의미론에서 단일 값을 갖습니다. 다른 의미 체계는 Perl, Prolog 또는 Forth와 같은 이상한 일을하게합니다.

이 답변 에서 제안했듯이 하드웨어 디자인의 문제이지만 언어 디자인의 전통도 중요한 역할을합니다.

함수가 반환하면 특정 레지스터의 반환 객체에 대한 포인터를 남깁니다.

Fortran, Lisp 및 COBOL의 세 가지 첫 번째 언어 중 첫 번째 언어는 수학을 모델로 한 단일 반환 값을 사용했습니다. 두 번째는 목록과 같은 방식으로 임의의 수의 매개 변수를 반환했습니다 (목록의 주소 인 단일 매개 변수 만 전달하고 반환한다고 주장 할 수도 있음). 세 번째는 0 또는 하나의 값을 반환합니다.

이 첫 번째 언어는 그 이후의 언어 디자인에 많은 영향을 미쳤지 만, 여러 값을 반환 한 유일한 언어 인 Lisp는 큰 인기를 얻지 못했습니다.

C가 그 언어에 영향을 받았을 때 C는 하드웨어 리소스의 효율적인 사용에 중점을 두어 C 언어와 C 언어를 구현 한 기계 코드 사이의 밀접한 관계를 유지했습니다. "auto"대 "register"변수와 같은 가장 오래된 기능 중 일부는 디자인 철학의 결과입니다.

또한 어셈블리 언어는 주류 개발 단계에서 단계적으로 폐지되기 시작한 80 년대까지 널리 사용되었다는 점도 지적해야합니다. 컴파일러를 작성하고 언어를 만든 사람들은 어셈블리 에 대해 잘 알고 있었고 대부분 가장 잘 작동하는 것을 유지했습니다.

이 표준에서 벗어난 대부분의 언어는 큰 인기를 얻지 못했기 때문에 언어 디자이너의 결정에 영향을 미치는 강력한 역할을 수행하지 않았습니다.

어셈블리 언어에 대해 알아 보겠습니다. 먼저 Apple II 및 VIC-20 마이크로 컴퓨터에서 널리 사용되는 1975 년 마이크로 프로세서 인 6502를 살펴 보겠습니다 . 프로그래밍 언어가 시작될 때 30 년 전의 20 대 컴퓨터에 비해 강력하지만 당시의 메인 프레임과 미니 컴퓨터에 사용 된 것에 비해 매우 약했습니다.

기술적 인 설명을 보면 5 개의 레지스터와 몇 개의 1 비트 플래그가 있습니다. 유일한 "전체"레지스터는 프로그램 카운터 (PC)였습니다.이 레지스터는 다음에 실행될 명령을 가리 킵니다. 다른 하나는 누산기 (A), 두 개의 "인덱스"레지스터 (X 및 Y) 및 스택 포인터 (SP)를 등록합니다.

서브 루틴을 호출하면 SP가 가리키는 메모리에 PC가 배치되고 SP가 감소합니다. 서브 루틴에서 복귀하면 반대로 작동합니다. 스택에서 다른 값을 밀고 당길 수는 있지만 SP와 관련된 메모리를 참조하기는 어렵 기 때문에 재진입 서브 루틴을 작성하는 것이 어려웠습니다. 우리가 느낀 것처럼 언제든지 서브 루틴을 호출하는 것은 당연한 것으로 여겨졌지만이 아키텍처에서는 그리 일반적이지 않았습니다. 종종, 매개 변수와 서브 루틴 리턴 주소가 별도로 유지되도록 별도의 "스택"이 작성됩니다.

6502, 6800 에서 영감을 얻은 프로세서를 살펴보면 SP만큼 넓은 추가 레지스터 인 인덱스 레지스터 (IX)가 있으며 SP에서 값을받을 수 있습니다.

머신에서 재진입 서브 루틴 호출은 스택의 매개 변수 푸시, PC 푸시, PC를 새 주소로 변경 한 다음 서브 루틴이 로컬 변수를 스택으로 푸시하는 것으로 구성 됩니다. 로컬 변수 및 매개 변수의 수는 알려져 있으므로 스택을 기준으로 주소 지정을 수행 할 수 있습니다. 예를 들어, 두 개의 매개 변수를 수신하고 두 개의 로컬 변수를 갖는 함수는 다음과 같습니다.

SP + 8: param 2
SP + 6: param 1
SP + 4: return address
SP + 2: local 2
SP + 0: local 1

모든 임시 공간이 스택에 있기 때문에 여러 번 호출 할 수 있습니다.

8080 의 간접 레지스터, HL에 터지는 후 스택에 SP를 밀고에 의해, 6800과 비슷한 뭔가를 할 수 TRS-80과 CP / M 기반 마이크로 컴퓨터의 호스트에 사용.

이것은 구현하는 매우 일반적인 방법이며 더 현대적인 프로세서에서 더 많은 지원을 얻었습니다.베이스 포인터를 사용하면 모든 로컬 변수를 쉽게 반환하기 전에 덤프 할 수 있습니다.

문제는 어떻게 당신이 무엇을 반환 합니까? 프로세서 레지스터는 초기에는 그리 많지 않았으며, 어떤 레지스터를 처리 할 메모리를 찾기 위해 일부를 사용해야하는 경우가 종종있었습니다. 스택에 물건을 반환하는 것은 복잡합니다. 모든 것을 팝하고 PC를 저장하고 반환 매개 변수 (그 동안 저장되어 있습니까?)를 누른 다음 PC를 다시 밀고 돌아와야합니다.

따라서 일반적으로 수행 된 작업은 하나의 레지스터 를 반환 값 으로 예약 하는 것이 었습니다 . 호출 코드는 반환 값이 특정 레지스터에있을 것임을 알았습니다.이 값은 저장되거나 사용될 때까지 보존되어야합니다.

여러 반환 값을 허용하는 언어를 살펴 보겠습니다. Forth. Forth가하는 일은 별도의 리턴 스택 (RP)과 데이터 스택 (SP)을 유지하는 것이므로 모든 기능은 모든 매개 변수를 팝하고 리턴 값을 스택에 남겨 두어야합니다. 반환 스택은 분리되어 있었기 때문에 방해가되지 않았습니다.

컴퓨터를 사용한 첫 6 개월 동안 어셈블리 언어와 Forth를 배운 사람이라면 여러 반환 값이 전적으로 정상적인 것처럼 보입니다. /mod정수 나누기 와 나머지 를 반환하는 Forth와 같은 연산자 는 분명해 보입니다. 반면에, 초기 경험이 C 인 사람이 그 개념이 이상하다는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 그것은 "기능"이 무엇인지에 대한 그들의 뿌리 깊은 기대에 어긋납니다.

수학은 ... 수학 수업에서 기능을하기 전에 컴퓨터를 프로그래밍하고있었습니다. 이 인 이 아닌 전체 부분이있다, 다시, CS 및 수학에 의해 영향을 받는다 프로그래밍 언어의 전체 부분은 있지만.

따라서 수학이 초기 언어 설계에 영향을 미치는 요인, 하드웨어 제약으로 인해 쉽게 구현되는 내용 및 인기있는 언어가 하드웨어의 진화 방식에 영향을 미치는 요인이 합류했습니다 (Lisp 기계 및 Forth 기계 프로세서는이 프로세스에서로드 킬이었습니다).

내가 아는 기능적 언어는 튜플을 사용하여 여러 값을 쉽게 반환 할 수 있습니다 (동적 유형 언어에서는 목록을 사용할 수도 있음). 튜플은 다른 언어로도 지원됩니다.

f :: Int -> (Int, Int)
f x = (x - 1, x + 1)

// Even C++ have tuples - see Boost.Graph for use
std::pair<int, int> f(int x) {
  return std::make_pair(x - 1, x + 1);
}

위의 예에서 f2 정수를 반환하는 함수입니다.

마찬가지로 ML, Haskell, F # 등도 데이터 구조를 반환 할 수 있습니다 (포인터가 대부분의 언어에서 너무 낮은 수준임). 나는 그러한 제한이있는 현대 GP 언어에 대해 들어 본 적이 없습니다.

data MyValue = MyValue Int Int

g :: Int -> MyValue
g x = MyValue (x - 1, x + 1)

마지막으로, out기능 언어에서도 매개 변수를 에뮬레이션 할 수 있습니다 IORef. 대부분의 언어에서 변수를 기본적으로 지원하지 않는 데는 몇 가지 이유가 있습니다.

• 불명확 한 의미 : 다음 함수가 0 또는 1을 인쇄합니까? 나는 0을 인쇄하는 언어와 1을 인쇄하는 언어를 알고 있습니다. 두 가지 모두 (성능 측면뿐만 아니라 프로그래머의 정신 모델과 일치) 두 가지 이점이 있습니다.

  int x;
  
  int f(out int y) {
    x = 0;
    y = 1;
    printf("%d\n", x);
  }
  f(out x);
  

• 지역화되지 않은 효과 : 위의 예에서와 같이 긴 사슬을 가질 수 있으며 가장 안쪽의 함수는 전역 상태에 영향을 미친다는 것을 알 수 있습니다. 일반적으로, 기능의 요구 사항이 무엇인지, 그리고 변경이 합법적인지에 대한 추론을 어렵게 만듭니다. 대부분의 최신 패러다임은 효과를 현지화하거나 (OPP의 캡슐화) 부작용 (기능 프로그래밍)을 제거하려고 시도 할 때 해당 패러다임과 충돌합니다.

• 중복되는 경우 : 튜플이있는 경우 99 %의 out매개 변수 기능 과 100 %의 관용적 사용이 가능합니다. 믹스에 포인터를 추가하면 나머지 1 %를 커버합니다.

튜플, 클래스 또는 out매개 변수 를 사용하여 여러 값을 반환 할 수없는 한 언어의 이름을 지정하는 데 문제가 있습니다 (대부분의 경우 이러한 메서드 중 2 개 이상이 허용됩니다).

나는 같은 식 때문이라고 생각합니다 (a + b[i]) * c.

식은 "단수"값으로 구성됩니다. 따라서 단일 값을 반환하는 함수는 위에 표시된 네 가지 변수 대신 식에 직접 사용될 수 있습니다. 다중 출력 함수는 표현식 에서 적어도 다소 어색합니다.

나는 개인적으로이이라고 생각 단수 반환 값에 대한 특별 것. 식에 사용하려는 여러 반환 값을 지정하기위한 구문을 추가하여이 문제를 해결할 수 있지만 모든 사람에게 간결하고 친숙한 오래된 오래된 수학 표기법보다 더 어색합니다.

구문을 약간 복잡하게 만들지 만 구현 수준에서 허용하지 않는 좋은 이유는 없습니다. 다른 응답 중 일부와 달리, 가능한 경우 여러 값을 반환하면 더 명확하고 효율적인 코드가 생성됩니다. X 와 Y 또는 "성공"부울 값 과 유용한 값을 반환 할 수있는 빈도를 계산할 수 없습니다 .

함수가 지원되는 대부분의 언어에서 해당 유형의 변수를 사용할 수있는 곳이면 어디에서나 함수 호출을 사용할 수 있습니다.

x = n + sqrt(y);

함수가 둘 이상의 값을 반환하면 작동하지 않습니다. 파이썬과 같이 동적으로 유형이 지정된 언어를 사용하면이 작업을 수행 할 수 있지만 대부분의 경우 방정식 중간에 튜플과 관련이있는 것을 해결할 수 없다면 런타임 오류가 발생합니다.

하비의 답을 바탕으로하고 싶습니다. 나는 원래이 뉴스 기술 사이트 (arstechnica) 에서이 질문을 발견 했으며이 질문의 핵심에 실제로 답변하고 다른 모든 답변 (하비 제외)에서 부족하다는 놀라운 설명을 발견했습니다.

함수에서 단일 리턴의 원점은 기계 코드에 있습니다. 기계 코드 레벨에서 함수는 A (누적 기) 레지스터의 값을 리턴 할 수 있습니다. 다른 반환 값은 스택에 있습니다.

두 개의 반환 값을 지원하는 언어는 하나를 반환하는 기계 코드로 컴파일하여 두 번째 반환 값을 스택에 넣습니다. 즉, 두 번째 반환 값은 어쨌든 out 매개 변수로 끝납니다.

할당이 한 번에 하나의 변수 인 이유를 묻는 것과 같습니다. 예를 들어 a, b = 1, 2를 허용하는 언어를 사용할 수 있습니다. 그러나 머신 코드 레벨은 a = 1이되고 b = 2가됩니다.

프로그래밍 언어 구조가 코드를 컴파일하고 실행할 때 실제로 어떤 일이 일어날 지에 대한 몇 가지 근거가 있습니다.

수학으로 시작했습니다. "수식 번역"으로 명명 된 FORTRAN은 최초의 컴파일러였습니다. FORTRAN은 물리 / 수학 / 엔지니어링을 지향하고있었습니다.

거의 오래된 COBOL에는 명시적인 반환 값이 없었습니다. 서브 루틴은 거의 없었다. 그 이후로 대부분 관성 상태였습니다.

예를 들어, Go 에는 반환 값이 여러 개 있으며 결과는 "out"매개 변수를 사용하는 것보다 깨끗하고 모호하지 않습니다. 약간만 사용한 후에는 매우 자연스럽고 효율적입니다. 모든 새 언어에 대해 여러 개의 반환 값을 고려하는 것이 좋습니다. 아마도 오래된 언어 일 수도 있습니다.

프로세서 기계 명령어에서 함수 호출이 수행되는 방식과 모든 프로그래밍 언어가 기계 코드에서 파생된다는 사실과 더 관련이있을 것입니다 (예 : C-> Assembly-> Machine).

프로세서가 함수 호출을 수행하는 방법

첫 번째 프로그램은 기계 코드로 작성된 후 나중에 조립되었습니다. 프로세서는 모든 현재 레지스터의 사본을 스택으로 푸시하여 함수 호출을 지원했습니다. 함수에서 복귀하면 스택에서 저장된 레지스터 세트가 나타납니다. 일반적으로 하나의 레지스터는 반환 기능이 값을 반환 할 수 있도록 그대로 유지됩니다.

이제 프로세서가 이런 식으로 디자인 된 이유는 리소스 제약 문제 일 것입니다.