C++函数式编程：从Lambda到算法

C++中的函数式编程：从Lambda到组合

函数式编程（FP）是一种基于纯函数应用、数据不可变性和无副作用构建计算的编程范式。虽然C++最初是一种多范式语言，但现代标准（C++11/14/17/20）引入了强大的FP工具：lambda表达式、std::function、STL算法、协程，甚至支持单子模式。在本文中，我们将探讨如何在不损失性能的情况下用C++编写函数式代码。

1. 函数式风格基础：Lambda和std::function

Lambda表达式是C++中FP的核心。它们允许你"即时"创建匿名函数并捕获上下文。

#include <iostream>#include <vector>#include <algorithm>

int main() {    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};        // 用于过滤偶数的Lambda    auto is_even = [](int x) { return x % 2 == 0; };        // 与std::copy_if算法一起使用    std::vector<int> evens;    std::copy_if(nums.begin(), nums.end(),                  std::back_inserter(evens), is_even);                     for (int n : evens) std::cout << n << " "; // 2 4    return 0;}

关于Lambda的关键点：

• 捕获 — [=]（按值捕获）、[&]（按引用捕获）、[this]（用于类方法）。
• 类型 — 每个Lambda都有唯一类型，因此使用std::function或模板来传递给函数。
• 返回值 — 除非另行指定，否则自动推导。

std::function — 可调用对象（函数、Lambda、仿函数）的包装器。便于存储和传递，但会增加开销（虚函数调用）。

#include <functional>

void apply_twice(std::function<int(int)> f, int x) {    std::cout << f(f(x)) << std::endl; // 组合}

int main() {    auto square = [](int x) { return x * x; };    apply_twice(square, 3); // (3^2)^2 = 81    return 0;}

2. 作为函数式链基础的STL算法

STL算法（std::transform、std::copy_if、std::accumulate等）完美契合函数式风格。它们不直接修改容器，而是接受迭代器并返回结果。

示例：过滤和转换（map/filter）

#include <numeric>#include <ranges> // C++20

int main() {    std::vector<int> data = {1, 2, 3, 4, 5, 6};        // 经典方法（C++11）    std::vector<int> filtered;    std::copy_if(data.begin(), data.end(),                  std::back_inserter(filtered),                  [](int x) { return x > 3; });        std::vector<int> result;    std::transform(filtered.begin(), filtered.end(),                   std::back_inserter(result),                   [](int x) { return x * 2; });        // 使用范围（ranges）的现代方法（C++20）    auto view = data                 | std::views::filter([](int x) { return x > 3; })                | std::views::transform([](int x) { return x * 2; });        for (int v : view) std::cout << v << " "; // 8 10 12    return 0;}

使用std::accumulate进行折叠

#include <numeric>

int main() {    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4};        // 求和，初始值为0    int sum = std::accumulate(nums.begin(), nums.end(), 0,                               [](int a, int b) { return a + b; });        // 求积，初始值为1    int prod = std::acc