Функциональное программирование на языке C++ (5000,00 руб.)

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

Стр.10

Стр.11

Стр.12

УДК 004.4 ББК 32.973.202 Ч88 Ч88 Функциональное программирование на языке C++ / пер. с англ. В. Ю. Винника, А. Н. Киселева. – М.: ДМК Пресс, 2020. – 360 с.: ил. Чукич И. ISBN 978-5-97060-781-7 Язык С++ обычно ассоциируется с объектно-ориентированным программированием. Автор книги доказывает, что на С++ так же удобно создавать программы и в функциональном стиле. Это дает ряд преимуществ, повышая удобство кода и снижая вероятность возникновения ошибок. Книга разделена на две части. В первой читатель знакомится с азами функционального программирования: основными идиомами и способами их воплощения в языке C++. Вторая часть затрагивает более сложные аспекты и посвящена собственно разработке программ с использованием функционального подхода. Издание предназначено для опытных разработчиков на С++, желающих расширить границы использования этого языка и повысить эффективность работы. УДК 004.4 ББК 32.973.202 Original English language edition published by Manning Publications USA, USA. Copyright © 2019 Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой by Manning Publications Co. Russian-language edition copyright © 2020 by DMK Press. All rights reserved. бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. ISBN 978-1-617-29381-8 (англ.) ISBN 978-5-97060-781-7 (рус.) Copyright © 2019 by Manning Publications Co. © Оформление, издание, перевод, ДМК Пресс, 2020

Стр.5

Оглавление Введение в функциональное программирование ...............................22 2  Первые шаги в функциональном программировании ........................47 3  Функциональные объекты .....................................................................75 4  Средства создания новых функций из имеющихся ...........................107 5  Чистота функций: как избежать изменяемого состояния .................141 6  Ленивые вычисления ...........................................................................167 7  Диапазоны ............................................................................................191 8  Функциональные структуры данных ..................................................209 9  Алгебраические типы данных и сопоставление с образцом .............226 10  Монады ..................................................................................................254 11  Метапрограммирование на шаблонах ................................................284 12  Функциональный дизайн параллельных систем ...............................309 13  Тестирование и отладка .......................................................................338 1 

Стр.6

Содержание Предисловие .........................................................................................................12 Благодарности ....................................................................................................14 Об этой книге ......................................................................................................15 Об авторе ............................................................................................................21 1 Введение в функциональное программирование ...........22 1.1 Что такое функциональное программирование ....................23 1.1.1 Соотношение функционального программирования с объектно-ориентированным ..............................................25 1.1.2 Сравнение императивной и декларативной парадигм на конкретном примере.........................................................25 1.2 Чистые функции ............................................................................31 1.2.1 Устранение изменяемого состояния .....................................34 1.3 Функциональный стиль мышления ..........................................36 1.4 Преимущества функционального программирования ........38 1.4.1 Краткость и удобочитаемость кода ....................................39 1.4.2 Параллельная обработка и синхронизация ...........................41 1.4.3 Непрерывная оптимизация ...................................................42 1.5 Эволюция C++ как языка функционального программирования .......................................................................42 1.6 Что узнает читатель из этой книги ...........................................44 Итоги ..........................................................................................................45 2 Первые шаги в функциональном программировании ..........................................................................47 2.1 Функции с аргументами-функциями .......................................48 2.2 Примеры из библиотеки STL ......................................................50 2.2.1 Вычисление средних ................................................................51

Стр.7

Содержание 7 2.2.2 Свертки ..................................................................................53 2.2.3 Удаление лишних пробелов .....................................................58 2.2.4 Разделение коллекции по предикату ......................................60 2.2.5 Фильтрация и преобразование ..............................................62 2.3 Проблема композиции алгоритмов из библиотеки STL ......64 2.4 Создание своих функций высшего порядка ...........................66 2.4.1 Передача функции в качестве аргумента .............................66 2.4.2 Реализация на основе циклов .................................................67 2.4.3 Рекурсия и оптимизация хвостового вызова.........................68 2.4.4 Реализация на основе свертки ...............................................72 3 Итоги ..........................................................................................................74 Функциональные объекты ..........................................................75 3.1 Функции и функциональные объекты .....................................76 3.1.1 Автоматический вывод возвращаемого типа ......................76 3.1.2 Указатели на функции ...........................................................80 3.1.3 Перегрузка операции вызова ..................................................81 3.1.4 Обобщенные функциональные объекты .................................84 3.2 Лямбда-выражения и замыкания ..............................................86 3.2.1 Синтаксис лямбда-выражений ..............................................88 3.2.2 Что находится у лямбда-выражений «под капотом» ...........89 3.2.3 Создание лямбда-выражений с произвольными переменными-членами ...........................................................92 3.2.4 Обобщенные лямбда-выражения ...........................................94 3.3 Как сделать функциональные объекты еще лаконичнее .....95 3.3.1 Объекты-обертки над операциями в стандартной библиотеке .............................................................................98 3.4 Обертка над функциональными объектами – класс std::function ..................................................................................103 Итоги ........................................................................................................105 4 4.1 Частичное применение функций ............................................108 4.1.1 Универсальный механизм превращения бинарных функций в унарные ...............................................................110 4.1.2 Использование функции std::bind для фиксации значений некоторых аргументов функции .........................................114 4.1.3 Перестановка аргументов бинарной функции ...................116 4.1.4 Использование функции std::bind с функциями большего числа аргументов .................................................................118 4.1.5 Использование лямбда-выражений вместо функции std::bind ................................................................................121 3.3.2 Объекты-обертки над операциями в сторонних библиотеках .........................................................................100 Средства создания новых функций из имеющихся ....107 4.2 Карринг – необычный взгляд на функции ............................124

Стр.8

8 Содержание 4.2.1 Простой способ создавать каррированные функции ..........125 4.2.2 Использование карринга для доступа к базе данных ...........127 4.2.3 Карринг и частичное применение функций .........................130 4.3 Композиция функций ................................................................132 4.4 Повторное знакомство с подъемом функций ......................136 4.4.1 Переворачивание пар – элементов списка ..........................138 5 6 Итоги ........................................................................................................140 Чистота функций: как избежать изменяемого состояния ...........................................................................................141 5.1 Проблемы изменяемого состояния .........................................142 5.2 Чистые функции и референциальная прозрачность ..........145 5.3 Программирование без побочных эффектов .......................148 5.4 Изменяемые и неизменяемые состояния в параллельных системах ..........................................................152 5.5 О важности констант ..................................................................156 5.5.1 Логическая и внутренняя константность ..........................159 5.5.2 Оптимизированные функции-члены для временных объектов ...............................................................................161 5.5.3 Недостатки константных объектов .................................163 Итоги ........................................................................................................165 Ленивые вычисления .....................................................................167 6.1 Ленивые вычисления в языке C++ ...........................................168 6.2 Ленивые вычисления как средство оптимизации программ .......................................................................................172 6.2.1 Ленивая сортировка коллекций ...........................................172 6.2.2 Отображение элементов в пользовательском интерфейсе ..........................................................................174 6.2.3 Подрезка дерева рекурсивных вызовов за счет запоминания результатов функции ....................................175 6.2.4 Метод динамического программирования как разновидность ленивого вычисления .............................178 6.3 Универсальная мемоизирующая обертка .............................180 6.4 Шаблоны выражений и ленивая конкатенация строк ........184 6.4.1 Чистота функций и шаблоны выражений ...........................188 7 Итоги ........................................................................................................190 Диапазоны ..........................................................................................191 7.1 Введение в диапазоны ...............................................................193 7.2 Создание представлений данных, доступных только для чтения .....................................................................................194 7.2.1 Функция filter для диапазонов ..............................................194

Стр.9

Содержание 9 7.2.2 Функция transform для диапазонов ......................................196 7.2.3 Ленивые вычисления с диапазоном значений .......................197 7.3 Изменение значений с помощью диапазонов .....................199 7.4 Ограниченные и бесконечные диапазоны ............................201 7.4.1 Использование ограниченных диапазонов для оптимизации обработки входных диапазонов .............201 7.4.2 Создание бесконечного диапазона с помощью ограничителя .......................................................................203 7.5 Использование диапазонов для вычисления частоты слов .................................................................................................204 Итоги ........................................................................................................208 8 Функциональные структуры данных ................................209 8.1 Неизменяемые связанные списки ..........................................210 8.1.1 Добавление и удаление элемента в начале списка ..............210 8.1.2 Добавление и удаление элемента в конце списка ................212 8.1.3 Добавление и удаление элемента в середине списка ...........213 8.1.4 Управление памятью ...........................................................213 8.2 Неизменяемые векторы ............................................................216 8.2.1 Поиск элементов в префиксном дереве ...............................218 8.2.2 Добавление элементов в конец префиксного дерева ...........220 8.2.3 Изменение элементов в префиксном дереве ........................223 8.2.4 Удаление элемента из конца префиксного дерева ...............223 8.2.5 Другие операции и общая эффективность префиксных деревьев .......................................................................223 9 Итоги ........................................................................................................225 Алгебраические типы данных и сопоставление с образцом ..........................................................................................226 9.1 Алгебраические типы данных ..................................................227 9.1.1 Определение типов-сумм через наследование ....................229 9.1.2 Определение типов-сумм с использованием объединений и std::variant ....................................................232 9.2 Моделирование предметной области 9.1.3 Реализация конкретных состояний .....................................235 9.1.4 Особый тип-сумма: необязательные значения ..................237 9.1.5 Типы-суммы для обработки ошибок ...................................240 с алгебраическими типами .......................................................245 9.2.1 Простейшее решение ...........................................................246 9.2.2 Более сложное решение: проектирование сверху вниз ........247 9.3 Алгебраические типы и сопоставление с образцом ...........248 9.4 Сопоставление с образцом с помощью библиотеки Mach7 .............................................................................................251 Итоги ........................................................................................................253

Стр.10

10 Содержание 10 Монады .................................................................................................254 10.1 Функторы ......................................................................................255 10.1.1 Обработка необязательных значений ................................256 10.5 Обработка ошибок ......................................................................268 10.5.1 std::optional как монада .................................................268 10.5.2 expected как монада ....................................................270 10.5.3 Исключения и монады ..........................................................271 10.2 Монады: расширение возможностей функторов ................259 10.3 Простые примеры .......................................................................262 10.4 Генераторы диапазонов и монад .............................................265 10.6 Обработка состояния с помощью монад ...............................273 10.7 Монады, продолжения и конкурентное выполнение .........275 10.7.1 Тип future как монада ...........................................................277 10.7.2 Реализация типа future ........................................................279 11 12 Метапрограммирование на шаблонах .............................284 11.1 Манипулирование типами во время компиляции ..............285 11.1.1 Проверка правильности определения типа ........................288 11.1.2 Сопоставление с образцом во время компиляции ...............290 11.1.3 Получение метаинформации о типах .................................293 11.2 Проверка свойств типа во время компиляции .....................294 11.3 Каррирование функций .............................................................296 11.3.1 Вызов всех вызываемых объектов ........................................299 11.4 Строительные блоки предметно-ориентированного языка ..............................................................................................302 Итоги ........................................................................................................307 Функциональный дизайн параллельных систем .........309 12.1 Модель акторов: мышление в терминах компонентов ......310 12.2 Простой источник сообщений .................................................314 12.3 Моделирование реактивных потоков данных в виде монад .............................................................................................318 12.3.1 Создание приемника для сообщений ....................................319 12.3.2 Преобразование реактивных потоков данных ....................323 12.3.3 Создание потока заданных значений ..................................325 12.3.4 Объединение потоков в один поток ....................................326 10.8 Композиция монад .....................................................................281 Итоги ........................................................................................................283 12.4 Фильтрация реактивных потоков ...........................................327 12.5 Обработка ошибок в реактивных потоках ............................328 12.6 Возврат ответа клиенту .............................................................331 12.7 Создание акторов с изменяемым состоянием .....................335 12.8 Распределенные системы на основе акторов .......................336 Итоги ........................................................................................................337

Стр.11

Содержание 11 13 Тестирование и отладка ...........................................................338 13.1 Программа, которая компилируется, – правильная? .........339 13.2 Модульное тестирование и чистые функции .......................341 13.3 Автоматическое генерирование тестов .................................343 13.3.1 Генерирование тестовых случаев ........................................343 13.3.2 Тестирование на основе свойств .........................................345 13.3.3 Сравнительное тестирование ............................................347 13.4 Тестирование параллельных систем на основе монад .......348 Итоги ........................................................................................................352 Предметный указатель ...................................................................................353

Стр.12