提升元函数类高阶函数



元函数类和占位符以及高阶函数有什么区别?

Boost

提供了元函数和高阶函数的功能,但这些概念并非特定于 Boost。

术语"元函数"描述了一种模板元编程技术,该技术使用模板专用化,允许编译器在编译时根据其模板参数做出决定。

通常,元函数可能如下所示

template<bool B>
struct my_metafunction
{
    enum { value = 1 };
};
template<>
struct my_metafunction<false>
{
    enum { value = 0 };
};

当使用my_metafunction时,my_metafunction<B>::value的确切值将取决于B的值(即 my_metafunction<true>::value会与my_metafunction<false>::value不同)。 如果你不熟悉模板元编程,那么你可能想知道为什么它很有用 - 现实情况是,它通常只对编写大量使用模板和编译时决策的库的人有用。 (模板元编程是一个完全不同的范式!


另一方面,"高阶函数"描述了一种函数编程技术,它允许您将函数作为函数参数传递。 使用标准容器的标准<algorithm>库在标准C++中表达起来要容易一些。

例如,C++ 包含一个名为 transform 的高阶函数 - 其目的是单步执行容器中的每个元素(例如向量、字符串、列表、映射、数组等)并为每个元素执行转换。

std::string str = "Hello, World";
std::transform(str.begin(),
               str.end(),
               str.begin(),
               std::toupper); // Note - toupper is a function!
std::cout << str << std::endl;

执行的转换取决于其最终参数 std::toupper 。 std::toupper 的目的是接受一个(字符)值并返回该值的大写版本。 std::transform 获取 str.begin()str.end() 之间每个元素的 toupper 结果(在此示例中,结果被放回 str)

在标准库中还有很多其他高阶函数的例子 - std::find_ifstd::sortstd::count_if,仅举几例。 C++中的高阶函数通常可以接受任何类型的可调用对象,包括函数、lambda 或函数对象。
传递的可调用对象通常被称为 [i] 谓词 [/i](尽管我不完全确定这是否是术语"谓词"的正确用法)


Boost 占位符是函数式编程的另一个方面的一部分,称为 currying - 它允许您在调用函数之前将参数"绑定"到函数。 (在 Boost 的世界里,currying 的结果是一个函数对象,通常传递给高阶函数)。

Currying 旨在作为编写自己的自定义专用可调用对象的替代方法,通过重用现有的可调用对象/谓词并在使用之前将其某些参数设置为具体参数。

例如,您可以使用高阶函数find_if在字符串中搜索第一个"大于 q"的字符。 C++标准库包含一个名为 greater_equals 的可调用对象,除了它需要第二个参数才能被find_if使用("大于和等于**到什么??")

如果不进行柯里,您可以编写一个函数(暂时忽略所有区分大小写),例如

bool greater_than_or_equals_to_q(char c)
{
    return c >= 'Q';
}

使用柯里,您可以将字符"Q"绑定"到greater_equals函数,以创建一个仅接受单个参数的谓词,并表示当其参数"大于或等于 Q"时产生 true 的谓词。

std::bind( std::greater_equal<char>(), 
           std::placeholders::_1, 
           'Q' );

因此,使用大写字符串:

std::string str = "HELLO WORLD";
auto gt_eq_Q = std::bind( std::greater_equal<char>(), 
                          std::placeholders::_1, 
                          'Q' );
auto iter = std::find_if( str.begin(), str.end(), gt_eq_Q );
std::cout << *iter << std::endl;

输出,正如预期的那样 - "HELLO WORLD"中大于或等于"Q"的第一个字符恰好是"W"

W

有关详细说明,请查看

  1. http://www.artima.com/cppsource/metafunctions.html
  2. http://www.mywikinet.com/mpl/paper/mpl_paper.pdf

原则上,元函数是:

  • 所有参数均为类型的类模板
  • 具有可公开访问的类型 type 的类

例如:

template <bool, class L, class R>
struct IF
{
  typedef R type; 
};
template <class L, class R>
struct IF<true, L, R>
{
  typedef L type; 
};

对另一个函数进行操作的函数称为高阶函数。因此,高阶元函数是一个接受其他元函数作为参数并在计算过程中使用它们的元函数。这在概念上类似于函数在运行时接受指向另一个函数或函数对象的指针作为参数。唯一的区别是元函数只存在于编译时。 boost::mpl::transform就是这种高阶元函数的一个例子。

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