C++函数式编程

《C++函数式编程》介绍了C++的面向函数式编程。面向函数式编程是继面向对象编程之后又一编程范式，解决了命令式（过程式）编程与面向对象编程中出现的问题，是一种极具潜力的编程方式，值得研究学习。主要讲解了函数对象、纯洁性（Purity）、惰性求值、range、函数式数据结构、代数类型及模式匹配、monad、模板元编程、并发的函数式设计，以及测试与调试等有关内容，还介绍了使用原有函数创建新函数的知识。
　　《C++函数式编程》不仅可以作为C++程序员、编程爱好者以及软件工程师学习函数式编程的参考书，还可以作为高等院校C++编程语言的高级教材。

Ivan ?uki? 在贝尔格莱德数学系教授现代C++技术和函数式编程。他从1998 年开始使用C++。在以前和攻读博士学位时研究函数式编程，他应用函数式编程技术编写了全球数亿人使用的真实项目。Ivan是KDE 的核心开发人员，KDE 是*大的开源C++项目。

《C++函数式编程》不是一本教授C++编程的书，是讲解如何将函数式编程适用于C++。

《C++函数式编程》线性编排，每一章的内容都建立在前一章的基础上，循序渐进。

《C++函数式编程》通过丰富的案例和图解，详细阐述了C++面向函数式编程，每个小知识点跟随实战练习，讲解透彻，且免费提供所有源码。

120个案例加丰富图解，线性编排、循序渐进，免费提供源码及资源。

编程是一门罕见的学科，通过它可以从无到有地创建一些东西。编程可以根据自己的意志创建想要的东西，唯一需要的就是一台电脑。

我在上学的时候，大部分的编程课集中于命令式编程——首先是面向过程的C 语言，然后是面向对象编程的C++和Java。在我的大学里情况也没有太大的改变——主要的编程思想还是面向对象的编程（OOP）。

在这段时间，几乎使我认为所有的语言在概念上都是相同的——只不过语法不同，在学习了某种语言的基础之后，如循环和分支，通过很小的调整就可以编写其他程序。

第一次接触函数式编程语言是在大学中，在课堂上学习了Lisp 语言。我的直觉反应是使用Lisp 来模拟if-then-else 语句和for 循环，这样可以真正使它变得有用。不是使我的认识适合语言，却决定使语言适合我的想法，以便用C 的方式编程。我只想说那时候，没有看到函数式编程的任何意义——Lisp 可以做的，用C 语言就可以实现，而且更加简单。

经过相当长的时间我才开始研究函数式编程。这么做的根本原因是，在某些项目中使用的语言发展太慢了。语言中添加了for-each 循环，就像什么了不起的东西：只需要下载新的编译器，就可以使编程生涯更轻松了。

这让我陷入深思。为了得到诸如for-each 循环的新语言结构，必须等待语言的新版本和新的编译器。但在Lisp 中，却可以使用一个简单的函数实现for 循环相同的功能，根本不需要升级编译器。

这正是我学习函数式编程的原因：无须改变编译器就可以扩展编程语言的能力。编程思想仍然是“面向对象”的，但却学着用函数式风格的结构简化面向对象代码的工作。

我开始投入大量的时间研究函数式编程语言，如Haskell、Scala 和Erlang。我惊奇地发现，使面向对象程序员头痛不已的问题，换个角度——以函数式风格思考——就迎刃而解了。

我的工作主要使用C++，所以必须寻找一种方式用C++进行函数式编程。事实证明，这样的人并非只有我一个，世界上到处都是具有类似想法的人。很荣幸在各大会议上遇到他们。这是交流思想、学习新的东西、交流C++函数式编程经验的绝佳机会。

大多数这样的会议结束的时候都有一个共同的结论：如果有人写一本C++函数式编程的书，那就太棒了。但问题是，所有人都让别人来写，因为我们都需要从实际项目中寻找思想的源泉。

当Manning 出版社找到我写这本书时，我起初是犹豫的——我宁愿读这样的一本书，而不愿意去写。但我意识到，如果每个人都是这样的想法，将不会有C++函数式编程的书了。我决定接受邀请，并开始了著书的旅程，于是就有了你看到的这本书。

目录

译者序

致谢

前言

关于本书

关于作者

第1 章 函数式编程简介

1.1 什么是函数式编程？

1.1.1 与面向对象编程的关系

1.1.2 命令式与声明式编程的比较

1.2 纯函数（Pure functions）

1.2.1 避免可变状态

1.3 以函数方式思考问题 ·

1.4 函数式编程的优点

1.4.1 代码简洁易读

1.4.2 并发和同步

1.4.3 持续优化

1.5 C++作为函数式编程语言的进化

1.6 将会学到什么

总结

第2 章 函数式编程之旅

2.1 函数使用函数？

2.2 STL 实例

2.2.1 求平均值

2.2.2 折叠（Folding）

2.2.3 删除字符串空白符

2.2.4 基于谓词分割集合

2.2.5 过滤（Filtering）和转换（Transforming）

2.3 STL 算法的可组合性

2.4 编写自己的高阶函数

2.4.1 接收函数作为参数

2.4.2 用循环实现

2.4.3 递归（Recursion）和尾调用优化（Tail-call optimization）

2.4.4 使用折叠实现

总结

第3 章 函数对象

3.1 函数和函数对象

3.1.1 自动推断返回值类型

3.1.2 函数指针

3.1.3 调用操作符重载

3.1.4 创建通用函数对象

3.2 lambda 和闭包（Closure）

3.2.1 lambda 语法

3.2.2 lambda 详解

3.2.3 在lambda 中创建任意成员变量

3.2.4 通用lambda 表达式

3.3 编写比lambda 更简洁的函数对象

3.3.1 STL 中的操作符函数对象

3.3.2 其他库中的操作符函数对象

3.4 用std::function 包装函数对象

总结

第4 章 以旧函数创建新函数

4.1 偏函数应用

4.1.1 把二元函数转换成一元函数的通用方法

4.1.2 使用std::bind 绑定值到特定的函数参数

4.1.3 二元函数参数的反转

4.1.4 对多参数函数使用std::bind

4.1.5 使用lambda 替代std::bind

4.2 柯里化（Currying）：看待函数不同的方式

4.2.1 创建柯里化函数的简单方法

4.2.2 数据库访问柯里化

4.2.3 柯里化与偏函数应用

4.3 函数组合

4.4 函数提升（复习）

4.4.1 键值对列表反转

总结

第5 章 纯洁性：避免可变状态

5.1 可变状态带来的问题

5.2 纯函数和引用透明

5.3 无副作用编程

5.4 并发环境中的可变状态与不可变状态

5.5 const 的重要性

5.5.1 逻辑const 与内部const

5.5.2 对于临时值优化成员函数

5.5.3 const 的缺陷

总结

第6 章 惰性求值

6.1 C++的惰性

6.2 惰性作为一种优化技术

6.2.1 集合惰性排序

6.2.2 用户接口中的列表视图

6.2.3 通过缓存函数结果修剪递归树

6.2.4 动态编程作为惰性形式

6.3 通用记忆化（Generalized memoization）

6.4 表达式模板与惰性字符串拼接

6.4.1 纯洁性与表达式模板

总结

第7 章 range

7.1 range 简介

7.2 创建数据的只读视图

7.2.1 range 的filter 函数

7.2.2 range 的transform 函数

7.2.3 range 惰性求值

7.3 修改range 中的值

7.4 定界rang 和无限range

7.4.1 用定界range 优化用于输入的range

7.4.2 用哨兵创建无限range

7.5 用range 统计词频

总结

第8 章 函数式数据结构

8.1 不可变链表（Immutable linked lists）

8.1.1 在表头添加和删除元素

8.1.2 在链表末尾添加和删除元素

8.1.3 在链表中间添加和删除元素

8.1.4 内存管理

8.2 不可变类向量结构

8.2.1 位图向量树中的元素查找

8.2.2 向位图向量树追加元素

8.2.3 位图向量树的修改

8.2.4 在位图向量树的末尾删除元素

8.2.5 其他操作和位图向量树的整体效率

总结

第9 章 代数数据类型及模式匹配

9.1 代数数据类型

9.1.1 通过继承实现和类型

9.1.2 通过union 和std::variant 实现和类型

9.1.3 特定状态的实现

9.1.4 特殊的和类型：Optional

9.1.5 和类型用于错误处理

9.2 使用代数数据类型进行域建模

9.2.1 原始的方法及其缺点

9.2.2 更复杂的方法：自上而下的设计

9.3 使用模式匹配更好地处理代数数据类型

9.4 Mach7 的强大匹配功能

总结

第10 章 monad

10.1 仿函数并不是以前的仿函数

10.1.1 处理可选值

10.2 monad：更强大的仿函数

10.3 基本的例子

10.4 range 与monad 的嵌套使用

10.5 错误处理

10.5.1 std::optional作为monad

10.5.2 expected作为monad

10.5.3 try monad

10.6 monad 状态处理

10.7 并发和延续monad

10.7.1 future 作为monad

10.7.2 future 的实现

10.8 monad 组合

总结

第11 章 模板元编程

11.1 编译时操作类型

11.1.1 推断类型调试

11.1.2 编译时的模式匹配

11.1.3 提供类型的元信息

11.2 编译时检查类型的属性

11.3 构造科里化函数

11.3.1 调用所有可调用的

11.4 DSL 构建块

总结

第12 章 并发系统的函数式设计

12.1 Actor 模型：组件思想

12.2 创建简单的消息源

12.3 将反应流建模为monad

12.3.1 创建宿（Sink）接收消息

12.3.2 转换反应流

12.3.3 创建给定值的流

12.3.4 连接流

12.4 过滤反应流

12.5 反应流的错误处理

12.6 响应客户端

12.7 创建状态可修改的Actor

12.8 用Actor 编写分布式系统

总结

第13 章 测试与调试

13.1 程序编译正确吗？

13.2 单元测试与纯函数

13.3 自动产生测试

13.3.1 产生测试用例

13.3.2 基于规则的测试

13.3.3 比较测试

13.4 测试基于monad 的并发系统

总结