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Functional Programming

语法

transform

#include <algorithm>
#include <vector>

std::vector<int> v{1,2,3};
std::vector<int> out(v.size());
std::transform(v.begin(), v.end(), out.begin(),
               [](int x){ return x * 2; });
// out = {2,4,6}

copy_if

#include <algorithm>
#include <vector>

std::vector<int> v{1,2,3,4,5};
std::vector<int> odds;
std::copy_if(v.begin(), v.end(), std::back_inserter(odds),
             [](int x){ return x % 2 == 1; });
// odds = {1,3,5}

accumulate

#include <numeric>
#include <vector>

std::vector<int> v{1,2,3,4};
int sum = std::accumulate(v.begin(), v.end(), 0,
                          [](int a,int b){ return a + b; });

views

#include <ranges>
#include <vector>
#include <iostream>

std::vector<int> v{1,2,3,4,5,6};

auto view = v
  | std::views::filter([](int x){ return x % 2 == 0; })
  | std::views::transform([](int x){ return x * x; });

for (int x : view) std::cout << x << " "; // 4 16 36

  • views::filter(pred)：过滤

  • views::transform(f)：映射

  • views::take(n) / views::drop(n)：取前 n / 跳过前 n

  • views::take_while(pred) / views::drop_while(pred)：按条件截断

  • views::reverse：反向

  • views::split(delim)：按分隔符拆分（字符串处理很常用）

#include <ranges>
#include <string_view>
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
  std::string_view s = "a,b,cc";

  auto parts = s | std::views::split(',');

  for (auto sub : parts) {
    std::string token(sub.begin(), sub.end()); // sub 是一段字符 range
    std::cout << "[" << token << "] ";
  }
  // [a] [b] [cc]
}

  • views::join：把 range-of-ranges 拉平

  • views::iota(a, b)：生成序列（像 Python 的 range）

  • views::enumerate：C++23 才有（有的库实现已提供）用于 (index, value) 风格

  • sort

#include <ranges>
std::ranges::sort(v);

练习

Week 1：FP 基础（map / filter / reduce）

  1. Map：把一串整数映射为平方（保序）
  2. Filter：筛出素数（写纯 is_prime(int)）
  3. Reduce：求和、求最大值、求乘积（空输入要处理）
  4. 组合：先 filter 偶数再 map 平方再 sum（用 views pipeline）
  5. 词频统计：给定字符串列表，统计单词出现次数（注意纯化：分词函数独立）
  6. Top-K：词频 top 10（尽量用 ranges + partial_sort / nth_element）
  7. 去重：稳定去重（保留首次出现）与非稳定去重（排序+unique）对比
  8. 函数组合：写一个 compose(f,g) 让 compose(f,g)(x)=f(g(x))（模板+完美转发）

Week 2：Ranges 进阶（惰性视图 + 管道表达）

  1. 解析→过滤→变换：从一行 CSV（逗号分隔）解析数字，过滤非法/空，转成 int，再统计均值
  2. 滑动窗口：计算 moving average（窗口大小 N，输出序列）
  3. 相邻差分：输出 a[i+1]-a[i]（空/单元素处理）
  4. Run-length encoding：把 aaabcc 编码成 a3b1c2（尽量用 ranges 思路组织）
  5. 区间合并：输入若干 [l,r] 合并重叠区间（排序后 fold）
  6. “惰性”练习：实现一个 view/pipeline：读入序列后只在最终消费时才计算（用 views，不要提前 materialize）
  7. zip-like：用索引实现“带下标 map”（(i,x)->...），体验“enumerate”风格

Week 3：函数式“错误处理”（optional / variant / expected）

（这周重点是把“失败”当值传递，避免到处 throw 或返回魔法值）

16) parse_int：返回 std::optional<int>，支持前后空格、符号、溢出检测 17) 链式处理：optional 的管道：解析→校验范围→映射（你自己写 and_then / transform / or_else 小工具） 18) 表达多种错误：把 parse_int 改成 std::expected<int, ParseError>（C++23） 19) 组合 expected：实现 map_expected / and_then_expected，让多步解析可以一行链起来 20) 配置加载：输入多行 key=value，解析成 map；遇到重复 key 或非法行，用 expected 返回详细错误 21) 业务规则评估：一组规则函数 Rule: T->expected<Score,Err>，把它们组合成总评分（fold） 22) variant 分派：写一个表达式 AST（数字/加/乘/括号），用 std::variant + std::visit 做纯求值

Week 4：更“函数式”的工程化写法（性能+可维护）

  1. 无 std::function 的高阶函数：写一个 apply_all(fns, x)，其中 fns 是一组 callable（模板参数/auto），返回依次应用结果
  2. 策略组合：排序策略（按姓名/按年龄/按多字段），用函数对象组合比较器（then_by 风格）
  3. 不可变数据建模：实现一个 struct（只读字段）+ 一组 with_xxx 返回修改后的副本（练“持久化”思路）
  4. 数据流水线项目：日志分析：输入多行文本 → 解析字段 → filter → group by → top-K（把每一步写成独立纯函数）

  5. 性能练习：同一题写 2 版：

  6. A：全 ranges/views 组合

  7. B：手写循环 用基准测试对比（理解“抽象成本”与何时该退回循环）

  8. 并行友好 reduce：写一个结合律友好的聚合（比如计数/求和/最值），对比不结合的例子（理解并行 reduce 的坑）

  9. 边界层隔离：把上面的“日志分析”做成：parse -> compute -> render 三层，只有 render 做 IO
  10. 小库封装：把你写过的 compose/and_then/transform 整理成一个头文件 fp.hpp，给每个函数补 5 行文档注释 + 单测