Elixir: Атомы и кортежи

Атомы типичны для функциональных языков, но редко встречаются в языках императивных. Это некие константные значения, которые можно сравнивать друг с другом. Собственно, сравнивать — это единственное, что с ними можно делать. Сами по себе они не очень полезны, но становятся полезны в комплекте с кортежами и сопоставлением с образцом (pattern matching).

:user
:point
:ip_address

Кортеж (tuple) — это структура данных, объединяющая несколько разных значений. Кортеж похож на список, но в отличие от списка имеет фиксированную длину.

{"Bob", :male, 23}
{1, 2}
{127, 0, 0, 1}

В кортежах на первой позиции часто ставят атом, чтобы обозначить, что за данные собраны в кортеже. Таким образом кортеж помечается тэгом (tagged tuple).

{:user, "Bob", :male, 23}
{:point, 1, 2}
{:ip_address, 127, 0, 0, 1}

Кортежи могут быть вложенными:

{:rectangle, {:point, 0, 0}, {:point, 10, 10}}
{:ip4, {127, 0, 0, 1}}

Небольшие объекты, состоящие из 2-4 полей, удобно представлять в виде кортежей, если роль полей понятна из контекста. В ином случае нужно использовать словарь (map) или структуру (struct).

Атомы и кортежи — это легковесные объекты, они используют меньше памяти, чем словари и структуры, и операции над ними выполняются быстрее.

Сопоставление с образцом мы будем изучать подробно. Сейчас важно знать, что это способ извлечь отдельные значения из кортежа:

my_point = {:point, 5, 10}
{:point, x, y} = my_point
IO.puts(x) # => 5
IO.puts(y) # => 10

Рассмотрим реализацию функции distance, которая вычисляет расстояние между двумя точками:

def distance(point1, point2) do
  {:point, x1, y1} = point1
  {:point, x2, y2} = point2
  x_dist = abs(x1 - x2)
  y_dist = abs(y1 - y2)
  :math.sqrt(:math.pow(x_dist, 2) + :math.pow(y_dist, 2))
end

Функция принимает в аргументах две точки, извлекает их координаты с помощью сопоставления с образцом, и по теореме Пифагора вычисляет расстояние между точками.

Для этого применяется модуль

Math.sqrt(Math.pow(x_dist, 2) + Math.pow(y_dist, 2))

Обычно извлечение значений из кортежа с помощью сопоставления с образцом делают прямо в аргументах функции:

def distance({:point, x1, y1}, {:point, x2, y2}) do
  x_dist = abs(x1 - x2)
  y_dist = abs(y1 - y2)
  :math.sqrt(:math.pow(x_dist, 2) + :math.pow(y_dist, 2))
end

Результат работы функции:

distance({:point, 0, 0}, {:point, 0, 5})  # 5.0
distance({:point, 2, 2}, {:point, 10, 12})  # 12.806248474865697
distance({:point, -5, -5}, {:point, 10, 10})  # 21.213203435596427

При объявлении, атом сохраняется внутри памяти программы в виде числа, из-за чего сравнения атомов происходят быстрее, чем строк. Однако, если бесконтрольно объявлять атомы, например, из пользовательского ввода, то память приложения переполнится. Атомы не вычищаются сборщиком мусора BEAM. Хоть и максимальное число атомов, которые можно создать - 1,048,576, не стоит заводить атомы на каждое действие.

Реализовать функцию point_inside_circle?(point, circle), которая принимает точку и окружность, и возвращает true, если точка находится внутри окружности, или false, если точка находится снаружи.

Реализовать функцию point_inside_rect?(point, rect), которая принимает точку и прямоугольник, и возвращает true, если точка находится внутри прямоугольника, или false, если точка находится снаружи.

Точка представлена кортежем {:point, x, y}.

Окружность представлена кортежем {:circle, center, radius}, где center — это кортеж :point.

Прямоугольник представлен кортежем {:rect, left_top, right_bottom}, где left_top и right_bottom — это кортежи :point.

Уже реализованная функция distance может вам пригодиться:

point = {:point, 50, 50}
Solution.point_inside_circle?(point, {:circle, {:point, 10, 10}, 100})
# => true
Solution.point_inside_circle?(point, {:circle, {:point, -10, -10}, 20})
# => false

point = {:point, -10, 20}
Solution.point_inside_rect?(point, {:rect, {:point, -20, 30}, {:point, 20, 10}})
# => true
Solution.point_inside_rect?(point, {:rect, {:point, 0, 0}, {:point, 10, 10}})
# => false