C ++中的函数式编程

Question

有人可以指导我如何使用C ++进行函数式编程吗？ 我可以参考一些好的在线资料吗？

请注意，我了解FC ++库。 我想知道如何仅使用C ++标准库来做到这一点。

谢谢。

Answer 1

您可以使用现代C ++完成数量惊人的“函数式编程”风格。 实际上，自从标准化以来，该语言就一直朝着这个方向发展。

标准库包含类似于映射，归约等的算法（for_each，transform，neighborning_sum ...）。 下一修订版C ++ 0x包含许多旨在让程序员以更实用的方式使用它们的功能（lambda表达式等）。

查看各种Boost库以获得更多乐趣。 只是为了说明标准C ++包含大量的功能优势，这是标准C ++中连续传递样式的阶乘函数。

#include <iostream>

// abstract base class for a continuation functor
struct continuation {
    virtual void operator() (unsigned) const = 0;
};

// accumulating continuation functor
struct accum_cont: public continuation {
    private:
        unsigned accumulator_;
        const continuation &enclosing_;
    public:
        accum_cont(unsigned accumulator, const continuation &enclosing)
            : accumulator_(accumulator), enclosing_(enclosing) {}; 
        virtual void operator() (unsigned n) const {
            enclosing_(accumulator_ * n);
        };
};

void fact_cps (unsigned n, const continuation &c)
{
    if (n == 0)
        c(1);
    else
        fact_cps(n - 1, accum_cont(n, c));
}

int main ()
{
    // continuation which displays its' argument when called
    struct disp_cont: public continuation {
        virtual void operator() (unsigned n) const {
            std::cout << n << std::endl;
        };
    } dc;

    // continuation which multiplies its' argument by 2
    // and displays it when called
    struct mult_cont: public continuation {
        virtual void operator() (unsigned n) const {
            std::cout << n * 2 << std::endl;
        };
    } mc;

    fact_cps(4, dc); // prints 24
    fact_cps(5, mc); // prints 240

    return 0;
}

好吧，我撒了点谎。 这是阶乘函数 。 毕竟，关闭是穷人的目标……反之亦然。 C ++中使用的大多数功能技术都依赖于函子（即函数对象）的使用-您将在STL中广泛看到它。

Answer 2

2014年8月更新：此答案发布于2009年。C++ 11极大地改善了C ++中的函数式编程，因此此答案不再准确。 我将其留在下面以作历史记录。

由于此答案被认为是公认的答案-我将其转变为社区Wiki。 随时进行协作改进，以添加有关使用现代C ++进行函数编程的真实提示。

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您不能使用C ++进行真正的函数式编程。 您所能做的就是用大量的痛苦和复杂性来近似它（尽管在C ++ 11中它要容易一些）。 因此，不建议使用此方法。 C ++相对较好地支持其他编程范例，恕我直言不应该屈服于它所支持的范例-最后，它将使作者无法理解的代码变得不可读。

Answer 3

UPD 2018年12月

我创建了一个综合的材料清单，您可以在其中找到文章，演讲，截屏视频，论文，图书馆和展示柜：

C ++中的函数式编程

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考虑我的4个研究项目：

• C ++中的功能和声明性设计。 （ GitHub ）（ 幻灯片（Rus） ）（ Talk（Rus） ）

该项目是“琥珀”游戏的工作原型。 该代码演示了许多主要的功能概念： immutability ， lambdas ， monads ， combinators ， pure functions ， declarative code design 。 它使用Qt C ++和C ++ 11功能。

举个简单的例子，看看如何将任务链接成一个大任务，当应用Amber时，它将改变Amber的世界：

const AmberTask tickOneAmberHour = [](const amber::Amber& amber)
{
    auto action1Res = magic::anyway(inflateShadowStorms, magic::wrap(amber));
    auto action2Res = magic::anyway(affectShadowStorms, action1Res);
    auto action3Res = magic::onFail(shadowStabilization, action2Res);
    auto action4Res = magic::anyway(tickWorldTime, action3Res);
    return action4Res.amber;
};

• C ++中的镜头。 （ GitHub ）（ 幻灯片（Eng） ）（ Talk（Rus） ）

这是C ++中通用功能镜头的展示。 该实现是通过使用Variadic Templates和一些Variadic Templates （且有效的）C ++技巧构建的，以使镜头可组合且外观整洁。 该库只是一个演讲的演示，因此它仅提供一些最重要的组合器，即： set() ， view() ， traverse() ， bind() ，将文字组合器固定to ， over()等。

（请注意，存在“ C ++ Lenses” 项目 ：但这与真正的“ lenses”无关，它与具有C＃或Java属性的getter和setter的类属性有关。）

快速示例

Car car1 = {"x555xx", "Ford Focus", 0, {}};
Car car2 = {"y555yy", "Toyota Corolla", 10000, {}};

std::vector<Car> cars = {car1, car2};

auto zoomer = traversed<Car>() to modelL();

std::function<std::string(std::string)> variator = [](std::string) { return std::string("BMW x6"); };
std::vector<Car> result = over(zoomer, cars, variator);

QVERIFY(result.size() == 2);
QVERIFY(result[0].model == "BMW x6");
QVERIFY(result[1].model == "BMW x6");

• 功能性的“生命”：平行的细胞自动机和子宫。 （ GitHub ）（ 幻灯片（Eng） ）（ Talk（Rus） ）

您可能听说过单子。 Monad现在到处都在谈论函数式编程。 这是一个流行词。 但是comonads呢？ 我在引擎盖下介绍了1D和2D立体自动机。 目的是展示使用std :: future作为Par monad从单流代码移动到并行代码是多么容易。 该项目还对这两种方法进行了基准测试和比较。

快速示例

template <typename A, typename B>
UUB fmap(
    const func<B(UUA)>& f,
    const UUUUA& uuu)
{
    const func<UB(UUUA)> f2 = [=](const UUUA& uuu2)
    {
        UB newUt;
        newUt.position = uuu2.position;
        newUt.field = fp::map(f, uuu2.field);
        return newUt;
    };

    return { fp::map(f2, uuu.field), uuu.position };
}

• 纯功能性Software Transactional Memory (STM)库，称为cpp_stm_free 。 （ GitHub ）（ 幻灯片（Eng） ）（ 对话（Rus） ）（ 教程（Eng） ）（ Dining Philosopher示例 ）。

该库基于Free monad和函数式编程的其他一些高级思想。 其接口类似于Haskell的本机STM库 。 事务是一元可组合的，是纯功能的，并且有很多有用的一元组合，可以使并发模型的设计更加方便和强大。 我已经使用该库实现了Dining Philosophers问题 ，并且运行良好。 这是哲学家拿叉的一些交易示例：

STML<Unit> takeFork(const TFork& tFork) {
    return withTVar<Fork, Unit>(tFork, [=](const Fork& fork) {
       if (fork.state == ForkState::Free) {
           return writeTVar<Fork>(tFork, Fork {fork.name, ForkState:Taken});
       }
       else {
           return retry<Unit>();
       }
    });
}

STML<Unit> takeForks(const TForkPair& forks) {
    STML<Unit> lm = takeFork(forks.left);
    STML<Unit> rm = takeFork(forks.right);
    return sequence(lm, rm);
}

Answer 4

我不认为您不能使用C ++进行真实，真实的函数式编程。 但这当然不是最简单或自然的使用方式。 同样，您可能只使用了一些功能类似的习惯用法，而不是整个思维方式（即“流利的风格”）

我的建议是学习一种功能语言，也许从Scheme开始，然后再转到Haskell。 然后使用在C ++中进行编程时所​​学的知识。 也许您不会使用明显的功能样式； 但是您可能会获得最大的优势（即使用不可变的结构）。

Answer 5

Pieter Hartel和Henk Muller有一本书叫做Functional C ，可能会有所帮助。 如果仍然可用。 某些信息的链接在这里 。 IIRC还不错。

Answer 6

可能有点晚了，但是对于其他任何人-我将lua用作C ++的功能编程扩展，这很棒。 a