读书笔记 发表于 2018-7-18 15:58

C++模版编程实现Haskell的函数模式匹配特性[图]

C++模版编程实现Haskell的函数模式匹配特性[图]:
大神 Bartosz Milewski 在2009年写了一篇文章《What Does Haskell Have to Do with C++?》,使用C++实现Haskell函数式编程语言的一些特性。【传送门在文末】
其中有这样一段例子:
// code 1
1.template<int n>class fact {
2.public:
3.   staticconstint value = n * fact<n -1>::value;
4.};
5.
6.template<>class fact<0>{// specialization for n = 0
7.public:
8.   staticconstint value =1;
9.};
注:原文中使用的是struct关键字,这里改为class并加上了public
我猜,你没看懂。没关系,我们先跳过上面这一段有着【令人恐怖的语法】的C++模版代码。
上面的例子想干嘛呢?其实它只是想计算n的阶乘。

如果你在C语言里面学过递归,应该知道下面这段计算阶乘的递归函数
// code 2
int fact(int n){
if(0== n )
return1;//0阶问题答案。0! 等于1
else
return( n * fact( n -1)); //问题降阶:n阶->n-1阶
}
它的效果就等于下面的代码
// code 3
int fact2(int n){ // 用 for 循环计算阶乘
int p =1;
for(int i=n; i >=1; i--)
p *= i;
return p;
}
那么,第一段代码(code1)与第二段代码(code2)的区别在哪里呢?
区别在于,code1是在编译时(由编译器)计算的,code2是在运行时(就是代码运行的时候)计算的。
现在来解释一下code1 (部分根据Bartosz Milewski文中的说法)
// code 1
/* 第1行代码声明了一个类模版 fact。
这个模版接受一个“非类型参数”n,
n是整数。
*/
1.template<int n>class fact {
2.public:
/* 第3行代码声明了一个静态整型常量
成员 value。而 value 的值是使用
递归模版表示的
*/
3.   staticconstint value = n * fact<n -1>::value;
4.};
5.
/* 第6行代码是“特化”类模版fact,
也就是显式地给出某种类型参数的
类模板的一个实例的代码,而非由
编译器生成。
在这里,是给出了参数n为0时模板
fact的代码。这样,编译器不会再
根据类模版fact生成n=0时的代码
关于模版特化,详见文末链接
*/
6.template<>class fact<0>{// specialization for n = 0
7.public:
8.    static const int value = 1;
9. };
/* 根据C++规范,模版特化的代码必须
放到模版声明之后。
因此上面的代码看上去好像先处理了
由n阶到n-1阶的降阶问题,然后再给
出了0阶的解答
这可不像code2。code2中有if/else,
因此可以把降阶代码与0阶解答代码调
换先后次序(当然if条件得改)。
*/
那么这个用模版计算阶乘的代码(类?)该怎么用呢?如下:
cout <<"Factorial of 0 = "<< fact<0>::value << endl;
其中,C++编译器会为“fact<0>::value”这个调用匹配最合适的模版代码,也就是code1中的第6-9行代码。
如果用非零参数调用呢?
cout <<"Factorial of 8 = "<< fact<8>::value << endl;
其中,C++编译器会为“fact<8>::value”这个调用匹配code1中的第1-4行代码。
前面blahblhaaaaaaaaaaaah讲了一大堆,其实都不是正经事儿。
正经是下面的Haskell代码:
//code 4
1. fact 0=1
2. fact n = n * fact (n -1)
上面两行代码定义了函数fact。fact是函数名,fact的后面、等号的前面是函数的参数。等号后面是函数体,函数体的计算结果就是fact函数的返回值。
当程序员调用【fact 8】的时候(参数是8,因为Haskell函数调用一般不像C++那样给参数加括号),Haskell会将之匹配到上面代码的第2行。谁动了我的奶酪读书笔记(http://www.simayi.net/dushubiji/6208.html)摘抄好词好句及感悟赏析,这种参数匹配,是Haskell特有的函数声明与调用方式。
所以前面的code1中C++模版代码,就是在模仿 code4 中的Haskell代码。
下面给出一个完整的Haskell程序
moduleFactwhere
importSystem.IO
fact::Integer->Integer
fact0=1
fact n = n * fact (n-1)
main::IO()
main=do
putStrLn $"8!= "++ show (fact 8)
putStrLn $"88! = "++ show (fact 88)
上面的代码输出结果是:
8!= 40320
88! =185482642257398439114796845645546284380220968949399346684421580986889562184028199319100141244804501828416633516851200000000000000000000
Haskell对C++说:我能算88!,你行吗?
C++说:你欺负人!
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