在 C++11 中是否可以将函数组合成一个新函数？

Question

这更像是一种理论问题。在 C++11 中是否可以将函数组合成一个新函数？例如：

auto f = [](int i){return i * 2;};
auto g = [](int i){return i + 10;};

所以这有效：

auto c = f(g(20)); // = 60

但我想要一个存储组合的对象，比如

auto c = f(g);
std::cout << c(20) << std::endl; //prints 60

编辑： 另外我想创建的是一个函数 a，你可以给它一个函数 b 和一个 int n，而 returns 是给定函数 b 的第 n 个组合。例如（不可编译）

template<typename T>
auto combine(T b, int i) -> decltype(T)
{
   if (i == 0)
      return b;

   return combine(b, i - 1);      
}

auto c = combine(f, 2); //c = f(f(f(int)))

Answer 1

第一次尝试：

template<class First, class Second>
auto compose( Second&& second, First&& first ) }
  return [second = std::forward<Second>(second), first=std::forward<First>(first)]
  (auto&&...args)->decltype(auto) {
    return second( first( decltype(args)(args)... ) );
  };
}
template<class A, class B, class...Rest>
auto compose(A&& a, B&& b, Rest&&... rest) {
  return compose( compose(std::forward<A>(a), std::forward<B>(b)), std::forward<Rest>(rest)... );
}
template<class A>
std::decay_t<A> compose(A&& a) {
  return std::forward<A>(a);
}

在 C++14 中。现在，这并不完美，因为该模式在 C++ 中不能很好地工作。

要完美地做到这一点，我们必须了解组合编程。在这里，函数与抽象的参数堆栈交互。每个函数都会从堆栈中弹出一些参数，然后再弹出一些参数。

这将允许您这样做：

compose( print_coord, get_x, get_y )

其中 get_x 和 get_y 仅消耗 return 一个坐标，而 print_coord 获取两个坐标并打印它们。

要在 C++ 中模拟这一点，我们需要一些奇特的机制。函数将 return tuples（或类似元组？），并且这些值在逻辑上将是 "pushed onto the argument stack"。

函数也会消耗这个参数堆栈中的东西。

在每次调用时，我们解包当前的参数元组，找到可以调用该函数的最长集合，调用它，获取它的 return 值，如果它是元组则解包，并且然后将任何此类 returned 值粘贴回参数堆栈。

为了让这个更高级的 compose 与自身组合，它需要 SFINAE 检查，它需要能够获取一个可调用对象和一个参数元组并找到正确数量的参数来调用可调用对象加上剩余的参数。

这是一个棘手的元编程，我不会在这里做。

第二部分，因为我第一次错过了，看起来像：

template<class F>
auto function_to_the_power( F&& f, unsigned count ) {
  return [f=std::forward<F>(f),count](auto&& x)
    -> std::decay_t< decltype( f(decltype(x)(x)) ) >
  {
    if (count == 0) return decltype(x)(x);
    auto r = f(decltype(x)(x));
    for (unsigned i = 1; i < count; ++i) {
      r = f( std::move(r) );
    }
    return r;
  };
}

这不使用类型擦除。

测试代码：

auto f = [](int x){ return x*3; };
auto fs = std::make_tuple(
    function_to_the_power( f, 0 ),
    function_to_the_power( f, 1 ),
    function_to_the_power( f, 2 ),
    function_to_the_power( f, 3 )
);

std::cout << std::get<0>(fs)(2) << "\n";    
std::cout << std::get<1>(fs)(2) << "\n";    
std::cout << std::get<2>(fs)(2) << "\n";    
std::cout << std::get<3>(fs)(2) << "\n";

打印：

Answer 2

您可以按照以下方式写一些东西：

#include <functional>
#include <iostream>

template<class F>
F compose(F f, F g)
{
  return [=](int x) { return f(g(x)); };
}

int main()
{
  std::function<int (int)> f = [](int i) { return i * 2; };
  std::function<int (int)> g = [](int i) { return i + 10; };

  auto c = compose(f, g);
  std::cout << c(20) << '\n';  // prints 60
}

代码可以简单地扩展以涵盖问题的后半部分：

template<class F>
F compose(F f, unsigned n)
{
  auto g = f;

  for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
    g = compose(g, f);

  return g;
}

int main()
{
  std::function<int (int)> h = [](int i) { return i * i; };

  auto d = compose(h, 1);
  auto e = compose(h, 2);
  std::cout << d(3) << "\n"    // prints 81
            << e(3) << "\n";   // prints 6561
}

注意。这里使用std::function。它不是 lambda，而是用性能成本包装了 lambda。

在 C++11 中是否可以将函数组合成一个新函数？

Is it possible in C++11 to combine functions into a new function?

lambda

functional-programming

function-composition

c++11