范型编程-函数式编程

Posted 2021-04-09 李伯虎

上次说到，integral_constant是整个type_traits的基类，今天继续上回，从编程技巧的角度来阐述范型编程。

很多同学都使用过函数式编程，lisp，前几年比较火的erlang，以及scala等，函数式的语言众多，也不一一列举。erlang，大名鼎鼎的rabitmq,就是使用erlang语言实现的。就以erlang为例子，展示一下范型编程与函数编程的相似之处和c++的面向对象的特殊情况。

看一段erlang的代码片段，

1: list_length([]) ->    0;    

2: list_length([First | Rest]) ->    1 + list_length(Rest).

这段代码是定义了一个erlang列表长度的函数，函数的参数如果是一个空列编，则可以返回0，否则，计算列表长度并返回。这里erlang的语法细节和编程技巧细节不多解释，也不得不赞一下erlang这个语言，快速排序只用一行代码，而且利用尾递归还不会占用很多栈空间。

重点是list_length函数的实现和调用，在传统的c++里，如果函数名相同，第一印象就是函数重载了，重载的函数式通过不同的参数类型或者数量来区分，在erlang里，参数类型和数量式完全相同的。这也是函数式语言的一大特点，也是

c++范型编程与c++传统面向对象编程的不同。

函数式编程思维与命令式语言思维（c++）：

函数式编程关注数据映射关系，命令式语言关注解决问题的过程方法。

从数学角度讲，函数式语言关注的是代数之间的关系。比如说，一个代数域，函数式语言可能分为四个基础计算（加减乘除）的匹配关系，命令式语更注重每个元素通过计算决定元素的归属。这一属性，也是函数语言另外一个特点决定了，函数式语言的变量，虽然有“变”，然而不可变。函数式语言的函数，也并非等同于命令式语言的函数，函数式语言的函数更侧重于描述数据之间的映射关系。

回到我们的主题，c++的编程思想是面向对象。抽象一点，c++的编程的思路是通过抽象事物，总结一类事物的特点，形成类，这些类能解决这一类事物的问题。这是对传统c++编程方法的描述。在c++11，甚至c++1y的横空出世，改变的不仅仅是语言的特性，编程的思想也在逐渐的变化。语言的特性也引入了部分函数式编程语言的特点。函数式编程的思维在c++98/03上也有一部分的应用。知识体现的不是那么的明显。或者说是确实在用，认知还未到。下面看一个例子：

template <bool bCondition, class ConditionIsTrueType, class ConditionIsFalseType>

struct type_select { typedef ConditionIsTrueType type; };

template <typename ConditionIsTrueType, class ConditionIsFalseType>

struct type_select<false, ConditionIsTrueType, ConditionIsFalseType> { 

    typdef ConditionIsFalseType type; 

};

这段代码也是一段很简单的代码，原理是通过三个模版参数，确定最终选择是哪一个类型（ConditionIsTrueType or ConditionIsFalseType )作为最后选择的类型。

第一部分，定义type_select类型，默认返回true type，接下来第二部分，特化bool模版参数为false，定义类型为 false type。

如果不是注明是c++的程序，是否会以为是新发明的函数式语言。。。。

再看一个列子

template <typename T> struct is_const_value                    : public wsl::false_type{};

template <typename T> struct is_const_value<const T*>          : public wsl::true_type{};

template <typename T> struct is_const_value<const volatile T*> : public wsl::true_type{};

template <typename T> struct is_const : public wsl::is_const_value<T*>{};

template <typename T> struct is_const<T&> : public wsl::false_type{};

这个例子的功能是判断输入的类型是否是带有const修饰。来解析一下这个例子，默认继承自false_type, 自然，默认就是非const类型，当遇到下列情形时，为真。

1. 输入类型是const *

2. 输入类型是const volatile *

另外一个特例，输入类型是T&时是false（引用类型）

通过前面两个例子，可以看到，c++范型编程思想的核心，关于模版类型的映射。

结合第一篇的所讲，先抛出一个结论，c++范型编程思想的核心：

面向对象的思维设计模式，函数式语言的思想解决问题。

怎么理解上面的话呢。在整个工程层面，使用面向对象的思想，设计整个工程类的继承，聚合等关系。在某一个类或者或函数实现，解决具体问题的时，使用函数式语言的思维解决具体的问题。

具体来说，前一篇提到intrgral_constanst这个类是所有type_traits类的大基类，这个设计是基于面向对象的思维去考虑，一切 “是” 与 ”非“的问题，通过这个基类来表述。如上面的例子，is_const,继承于false_type,实际上，false_type是integral_constant的一个特化。在判断具体是否是const修饰的时，具体问题使用的是函数式编程，代数映射的思想。

说到const ,想起一个面试题，const int *ptr与 int* const ptr,用is_const判断，分别是什么，提示一下，关注const的全局性。有兴趣的同学可以试机代码操作验证一下。

啰里八嗦写了一堆，限于本人最近嗓子哑了，严重影响语言天赋的发挥，或者也没说明白，再次总结一下。范型编程的核心思想 数据结构的映射关系！

下期预告：

 内存分配器是stl中很重要的一个环节，在目前流行的stl实现中，分配器都在使用操作系统提供的malloc接口实现。下一篇穿插一篇内存分配器的讨论，相关内容：

1. malloc

2. tcmalloc

3. jemalloc

4. *****
   

第四部分是stl中的实现，敬请期待，一定不会让你失望～