函数式编程
函数式编程是一种编程范式，强调使用函数进行计算和数据处理。与面向对象编程和过程式编程不同，函数式编程注重函数的不可变性和纯度，避免使用状态和可变数据。C++ 虽然不是一种纯函数式编程语言，但它支持函数式编程的一些核心概念和特性。
1. 函数对象和Lambda表达式
函数对象（Functors）和Lambda表达式是C++中实现函数式编程的重要工具。
1.1 函数对象
函数对象是重载了 operator() 的类或结构体实例，可以像函数一样调用。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
struct Multiply {
int factor;
Multiply(int f) : factor(f) {}
int operator()(int x) const { return x * factor; }
};
int main() {
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
std::transform(vec.begin(), vec.end(), vec.begin(), Multiply(2));
for (int v : vec) {
std::cout << v << " ";
}
return 0;
}
在这个示例中，Multiply 是一个函数对象，可以对向量中的每个元素进行乘法操作。
1.2 Lambda表达式
Lambda表达式是一种内联定义匿名函数的方式，简洁且功能强大。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
std::transform(vec.begin(), vec.end(), vec.begin(), [](int x) { return x * 2; });
for (int v : vec) {
std::cout << v << " ";
}
return 0;
}
在这个示例中，Lambda表达式 [](int x) { return x * 2; } 定义了一个匿名函数，直接在 std::transform 调用中使用。
2. 不可变性
函数式编程提倡不可变性，避免使用可变状态和数据。C++ 提供了 const 关键字来定义不可变的变量和函数参数。
#include <iostream>
int add(const int a, const int b) {
return a + b;
}
int main() {
const int x = 10;
const int y = 20;
std::cout << add(x, y) << std::endl;
return 0;
}
在这个示例中，add 函数的参数和 x、y 变量都被声明为 const，表示它们在函数调用过程中不会改变。
3. 高阶函数
高阶函数是指可以接受一个或多个函数作为参数，或返回一个函数的函数。C++ 支持高阶函数的实现。
#include <iostream>
#include <functional>
std::function<int(int)> make_multiplier(int factor) {
return [factor](int x) { return x * factor; };
}
int main() {
auto times_two = make_multiplier(2);
std::cout << times_two(5) << std::endl; // 输出 10
return 0;
}
在这个示例中，make_multiplier 函数接受一个整数参数，并返回一个Lambda表达式，这个Lambda表达式是一个乘法器函数。
4. 递归
递归是函数式编程中的一个重要概念，它允许一个函数调用自身来解决问题。
#include <iostream>
int factorial(int n) {
if (n <= 1) return 1;
return n * factorial(n - 1);
}
int main() {
std::cout << factorial(5) << std::endl; // 输出 120
return 0;
}
在这个示例中，factorial 函数使用递归来计算阶乘。
5. 标准库中的函数式编程支持
C++ 标准库提供了一些函数式编程的支持，包括函数对象、Lambda表达式、std::function、std::bind、以及 <algorithm> 库中的算法。
5.1 std::function
std::function 是一个通用的多态函数包装器，用于存储、传递和调用可调用对象。
#include <iostream>
#include <functional>
int add(int a, int b) {
return a + b;
}
int main() {
std::function<int(int, int)> func = add;
std::cout << func(10, 20) << std::endl; // 输出 30
return 0;
}
在这个示例中，std::function 包装了一个普通函数 add。
5.2 std::bind
std::bind 用于创建绑定参数的函数对象，可以用于部分应用。
#include <iostream>
#include <functional>
int add(int a, int b) {
return a + b;
}
int main() {
auto add10 = std::bind(add, std::placeholders::_1, 10);
std::cout << add10(5) << std::endl; // 输出 15
return 0;
}
在这个示例中，std::bind 将 add 函数的第二个参数绑定为 10，创建了一个新的函数对象 add10。
6. 总结
函数式编程在 C++ 中提供了一种强大的编程范式，可以提高代码的可读性、可维护性和重用性。通过使用函数对象、Lambda表达式、不可变性、高阶函数和递归，以及 C++ 标准库中的函数式编程支持，可以在 C++ 中实现许多函数式编程的特性和优势。