C++ 函数式编程代码片段

Question

我一直在从事一个名为：C++11/14 的函数式编程特性的项目（针对我在大学的一门学科）。 关于这些主题有几个现有的资源和类似的演示文稿，我找到了一个 不久前，其中包含几个我还没有完全理解的代码 sn-ps（并且它们可以以某种方式连接到函数式编程）。片段A和B属于递归，C属于惰性求值。我想在下面与您分享：

片段 A：

#include <iostream>

template <int N>
struct Factorial {
    static int const val = N * Factorial<N - 1>::val;
};

template <>
struct Factorial <0> {
    static int const val = 1;
};

int main() {
    int factorial_of_6 = Factorial<6>::val;
    std::cout << factorial_of_6 << std::endl;
    return 0;
}

这里的重点是编译时评估（为了避免运行时计算并提高性能）吗？ 或者还有其他优势吗？

片段 B：

#include <iostream>

template <int ...>
struct my_sum;

template <>
struct my_sum <> {
    static const int value {0};
};

template <int i, int ... tail>
struct my_sum <i, tail ...> {
    static const int value = i + my_sum<tail ...>::value;
};

int main() {
    int sum {my_sum<1, 2, 3, 4, 5>::value};
    std::cout << sum << std::endl;
    return 0;
}

同样的问题适用于上述。

这是另一个可能类似的 sn-p：

片段 C：

#include <iostream>

template <typename... Args>
void some_function (Args ...) {
    std::cout << sizeof...(Args) << std::endl;
}

int main() {
    some_function ("Every little thing gonna be alright...", 1.0 / 0.0);
    return 0;
}

“演示文稿中说：C++ 是急切的，但以下将起作用。” 是不是在我不关心给定的表达式之前，我才能知道它们的数量？

请尽可能具体和详细，非常感谢您提前的耐心和帮助。 :)

Answer 1

片段 A

这称为Template Metaprogramming，它基本上是一种使用模板在编译时生成代码的技术。这提高了运行时性能，因为计算不是在运行时完成的，而是在编译时完成的。

Snippet A 在编译时计算给定数字的阶乘：

template <int N>
struct Factorial {
    static int const val = N * Factorial<N - 1>::val;
};

这将struct Factorial 定义为接受int 的模板。在那个struct 中，有一个static const 变量。变量为static，因此您不必创建Factorial 的实例来访问它，您可以使用Factorial::val 而不是

Factorial factorial;
factorial.val;

变量是const，因为给定数字的阶乘总是相同的，如果不是const，项目将无法编译，因为编译器无法知道您是否更改其他地方的变量。

变量的值为N * Factorial<N - 1::val;，它基本上将N 与前一个数字的阶乘相乘。这是因为阶乘的定义方式 (3! = 2! * 3 = 1! * 2 * 3 = 1 * 2 * 3 = 6)。

template <>
struct Factorial <0> {
    static int const val = 1;
};

这为N = 0 定义了一个完全专用的struct。这点真的很重要，否则前面函数中用到的递归永远不会停止。

然后，得到一个数字N 的阶乘很容易，Factorial<N>::val。这将在编译时计算。

---

片段 B

这也是Template Metaprogramming。

template <int ...>
struct my_sum;

这定义了一个空模板struct，它接受一个int...（一个Parameter Pack），以便它可以被特化（见下一点）。

template <>
struct my_sum <> {
    static const int value {0};
};

这专门用于structmy_sum，当没有给出模板参数时（这是因为Parameter Pack，它可以是空的，所以当Parameter Pack展开时模板参数将为空） . value 是static 和const，原因同上，使用initializer list 初始化0（对于int，int i = 0; 和@987654359 没有区别@)。

template <int i, int ... tail>
struct my_sum <i, tail ...> {
    static const int value = i + my_sum<tail ...>::value;
};

这将struct my_sum 定义为一个模板，它接受两个模板参数，一个int 和一个int 参数包。这用于获取参数包的第一个值的值，因为您不能索引参数包（它不是数组）。然后将value初始化为i（包的第一个值）加上其他值的value作为参数包，展开（使用...）：

int sum = my_sum<1, 2, 3>::value;

这调用my_sum<int i, int... tail>，i 是1 和tail 是2, 3。 value 是 i + my_sum<tail...>::value，所以它是 1 + my_sum<2, 3>。 my_sum<2, 3> 再次调用相同的函数，2 + my_sum<3>::value。现在我们有1 + 2 + my_sum<3>::value。 my_sum<3>::value 再次调用相同的函数，但现在参数包为空！所以value 是1 + 2 + 3 + my_sum<>::value。 my_sum<>::value 是 0（定义），所以 value = 1 + 2 + 3 + 0。

---

片段 C

表达式已计算，但程序不会崩溃，因为计算时的表达式是 double。只有当表达式为int 时，它才会以Integer division by zero exception 崩溃。如果您要这样做：

int zero = 0; 
double d = 1.0 / zero;

那么d 的值将是inf。

函数some_function是一个模板函数，它接受一个参数包作为模板参数。然后它调用sizeof... 计算参数包中的元素，并使用std::cout 输出。