Programowanie funkcyjne w języku C++. Tworzenie lepszych aplikacji - ebook

Programowanie jest sztuką, dzięki której możesz stworzyć coś z niczego, przy czym tylko od Ciebie zależy, jak doskonałe będzie to dzieło. Dobrze napisany kod jest wydajny, łatwy w testowaniu, można go używać ponownie i wykazuje mniejszą podatność na błędy. Jednym słowem, taki kod powinien możliwie prosto wyrażać złożoną logikę programu, bezproblemowo obsługiwać błędy i przejrzyście implementować współbieżność. Te wymagania pozwoli Ci spełnić funkcyjny styl programowania. Język C++ umożliwia programowanie funkcyjne dzięki szablonom, wyrażeniom lambda i innym ważnym opcjom. Pomocne też będzie korzystanie z biblioteki STL.

Ta książka jest przeznaczona dla profesjonalnych programistów C++, którzy chcą opanować funkcyjny styl programowania i dzięki temu wykorzystać w nowy sposób potężne zalety tego języka. Po interesującym wprowadzeniu do tej metodologii w książce zamieszczono dziesiątki przykładów, schematów i ilustracji wyjaśniających koncepcje programowania funkcyjnego w C++. Pokazano, jak tworzyć bezpieczniejszy kod bez obniżania wydajności pracy programu, jak stosować obiekty funkcyjne i funkcje stosowane, algebraiczne typy danych oraz wiele innych. Nie zabrakło praktycznych przykładów kodu, który stanowi znakomite uzupełnienie prezentowanych treści.

W tej książce między innymi:

• wprowadzenie do programowania funkcyjnego
• funkcje w C++ i funkcje wyższego rzędu oraz ich rozwijanie
• wartościowanie leniwe i wykorzystanie go do optymalizacji
• korzystanie z funktorów i monad
• funkcyjny sposób testowania i debugowania kodu

Programowanie funkcyjne w C++: twórz najlepsze rozwiązania!

Przedmowa 9

O książce 11

O autorze 15

Rozdział 1. Wprowadzenie do programowania funkcyjnego 17

• 1.1. Co to jest programowanie funkcyjne? 18
  
  • 1.1.1. Związek z programowaniem obiektowym 19
  • 1.1.2. Praktyczny przykład porównania programowania imperatywnego i deklaratywnego 20
• 1.2. Funkcje czyste 24
  
  • 1.2.1. Unikanie stanu mutowalnego 27
• 1.3. Myślenie w sposób funkcjonalny 29
• 1.4. Korzyści wynikające z programowania funkcyjnego 31
  
  • 1.4.1. Zwięzłość i czytelność kodu 32
  • 1.4.2. Współbieżność i synchronizacja 33
  • 1.4.3. Ciągła optymalizacja 33
• 1.5. Przekształcanie C++ w funkcyjny język programowania 34
• 1.6. Czego nauczysz się w trakcie czytania tej książki? 36
• Podsumowanie 36

Rozdział 2. Pierwsze kroki z programowaniem funkcyjnym 39

• 2.1. Funkcje używające innych funkcji? 40
• 2.2. Przykłady z biblioteki STL 42
  
  • 2.2.1. Obliczanie średnich 42
  • 2.2.2. Zwijanie 45
  • 2.2.3. Przycinanie łańcucha 48
  • 2.2.4. Partycjonowanie kolekcji na podstawie predykatu 50
  • 2.2.5. Filtrowanie i transformacja 52
• 2.3. Problemy ze składaniem algorytmów STL 53
• 2.4. Tworzenie własnych funkcji wyższego rzędu 55
  
  • 2.4.1. Otrzymywanie funkcji w postaci argumentów 55
  • 2.4.2. Implementacja z pętlami 56
  • 2.4.3. Rekurencja oraz optymalizacja przez rekurencję ogonową 57
  • 2.4.4. Implementacja przy użyciu zwijania 61
• Podsumowanie 62

Rozdział 3. Obiekty funkcyjne 63

• 3.1. Funkcje i obiekty funkcyjne 64
  
  • 3.1.1. Automatyczna dedukcja typu zwracanego 64
  • 3.1.2. Wskaźniki do funkcji 67
  • 3.1.3. Przeciążanie operatora wywołania 68
  • 3.1.4. Tworzenie generycznych obiektów funkcyjnych 70
• 3.2. Wyrażenia lambda i domknięcia 73
  
  • 3.2.1. Składnia wyrażenia lambda 74
  • 3.2.2. Co się kryje wewnątrz wyrażenia lambda? 75
  • 3.2.3. Tworzenie dowolnych zmiennych składowych w wyrażeniach lambda 77
  • 3.2.4. Uogólnione wyrażenia lambda 79
• 3.3. Tworzenie obiektów funkcyjnych, które są jeszcze bardziej zwięzłe niż wyrażenia lambda 80
  
  • 3.3.1. Obiekty funkcyjne operatorów w bibliotece STL 83
  • 3.3.2. Obiekty funkcyjne operatorów w innych bibliotekach 84
• 3.4. Opakowywanie obiektów funkcyjnych przy użyciu std::function 86
• Podsumowanie 88

Rozdział 4. Tworzenie nowych funkcji na podstawie istniejących 89

• 4.1. Częściowe stosowanie funkcji 90
  
  • 4.1.1. Ogólny sposób zamiany funkcji dwuargumentowych na jednoargumentowe 92
  • 4.1.2. Użycie std::bind do wiązania wartości z określonymi argumentami funkcji 95
  • 4.1.3. Zamienianie ze sobą argumentów funkcji dwuargumentowej 97
  • 4.1.4. Użycie std::bind z funkcjami mającymi więcej argumentów 98
  • 4.1.5. Użycie wyrażeń lambda jako alternatywy dla std::bind 101
• 4.2. Rozwijanie: inny sposób podejścia do funkcji 103
  
  • 4.2.1. Rozwijanie funkcji w prostszy sposób 104
  • 4.2.2. Użycie rozwijania podczas dostępu do bazy danych 106
  • 4.2.3. Rozwijanie a częściowe stosowanie funkcji 109
• 4.3. Złożenie funkcji 110
• 4.4. Podnoszenie funkcji - kolejne podejście 113
  
  • 4.4.1. Odwracanie elementów par w kolekcji 116
• Podsumowanie 117

Rozdział 5. Czystość: unikanie stanu mutowalnego 119

• 5.1. Problemy ze stanem mutowalnym 120
• 5.2. Funkcje czyste i przejrzystość referencyjna 122
• 5.3. Programowanie bez efektów ubocznych 125
• 5.4. Stan mutowalny i niemutowalny w środowisku współbieżnym 129
• 5.5. Duże znaczenie kwalifikatora const 132
  
  • 5.5.1. Logiczna i wewnętrzna zgodność z deklaracją const 134
  • 5.5.2. Optymalizacja funkcji składowych dla zmiennych tymczasowych 136
  • 5.5.3. Pułapki związane z użyciem słowa kluczowego const 138
• Podsumowanie 140

Rozdział 6. Wartościowanie leniwe 141

• 6.1. Wartościowanie leniwe w C++ 142
• 6.2. Wartościowanie leniwe jako technika optymalizacyjna 145
  
  • 6.2.1. Sortowanie kolekcji przy wykorzystaniu wartościowania leniwego 145
  • 6.2.2. Wyświetlanie elementów w interfejsach użytkownika 147
  • 6.2.3. Przycinanie drzew rekurencyjnych przez buforowanie wyników funkcji 148
  • 6.2.4. Programowanie dynamiczne jako forma wartościowania leniwego 150
• 6.3. Uogólnione zapamiętywanie 152
• 6.4. Szablony wyrażeń i leniwe łączenie łańcuchów 155
  
  • 6.4.1. Czystość i szablony wyrażeń 159
• Podsumowanie 160

Rozdział 7. Zakresy 163

• 7.1. Wprowadzenie do zakresów 165
• 7.2. Tworzenie widoków danych tylko do odczytu 166
  
  • 7.2.1. Użycie funkcji filter z zakresami 166
  • 7.2.2. Użycie funkcji transform z zakresami 167
  • 7.2.3. Wartościowanie leniwe wartości zakresów 168
• 7.3. Mutowalność zmiennych w zakresach 170
• 7.4. Używanie zakresów ograniczonych i nieskończonych 172
  
  • 7.4.1. Użycie zakresów ograniczonych do optymalizacji obsługi zakresów wejściowych 172
  • 7.4.2. Tworzenie zakresów nieskończonych przy użyciu wartowników 173
• 7.5. Używanie zakresów do obliczania częstości pojawiania się słów 175
• Podsumowanie 178

Rozdział 8. Funkcyjne struktury danych 179

• 8.1. Niemutowalne listy łączone 180
  
  • 8.1.1. Dodawanie i usuwanie elementów z początku listy 180
  • 8.1.2. Dodawanie i usuwanie elementów z końca listy 181
  • 8.1.3. Dodawanie i usuwanie elementów z wnętrza listy 182
  • 8.1.4. Zarządzanie pamięcią 183
• 8.2. Niemutowalne struktury danych podobne do wektorów 185
  
  • 8.2.1. Wyszukiwanie elementu w drzewie trie 187
  • 8.2.2. Dołączanie elementów w drzewie trie 189
  • 8.2.3. Aktualizacja elementów w drzewie trie 191
  • 8.2.4. Usuwanie elementów z końca drzewa trie 192
  • 8.2.5. Inne operacje i całkowita wydajność drzewa trie 192
• Podsumowanie 193

Rozdział 9. Algebraiczne typy danych i dopasowywanie do wzorców 195

• 9.1. Algebraiczne typy danych 196
  
  • 9.1.1. Typy sumy uzyskiwane poprzez dziedziczenie 197
  • 9.1.2. Typy sumy uzyskiwane dzięki uniom i typowi std::variant 200
  • 9.1.3. Implementacja określonych stanów 204
  • 9.1.4. Szczególny typ sumy: wartości opcjonalne 205
  • 9.1.5. Użycie typów sumy w celu obsługi błędów 207
• 9.2. Modelowanie dziedziny za pomocą algebraicznych typów danych 212
  
  • 9.2.1. Rozwiązanie najprostsze, które czasami jest niewystarczające 213
  • 9.2.2. Rozwiązanie bardziej zaawansowane: podejście zstępujące 214
• 9.3. Lepsza obsługa algebraicznych typów danych za pomocą dopasowywania do wzorców 215
• 9.4. Zaawansowane dopasowywanie do wzorców za pomocą biblioteki Mach7 218
• Podsumowanie 219

Rozdział 10. Monady 221

• 10.1. Funktory pochodzące od nie Twojego rodzica 222
  
  • 10.1.1. Obsługa wartości opcjonalnych 223
• 10.2. Monady: więcej możliwości dla funktorów 226
• 10.3. Proste przykłady 229
• 10.4. Składane zakresy i monady 231
• 10.5. Obsługa błędów 234
  
  • 10.5.1. Typ std::optionaljako monada 234
  • 10.5.2. Typ expectedjako monada 236
  • 10.5.3. Monada Try 237
• 10.6. Obsługa stanu przy użyciu monad 238
• 10.7. Monada współbieżnościowa i kontynuacyjna 240
  
  • 10.7.1. Typ future jako monada 242
  • 10.7.2. Implementacja wartości przyszłych 244
• 10.8. Składanie monad 245
• Podsumowanie 247

Rozdział 11. Metaprogramowanie szablonów 249

• 11.1. Zarządzanie typami w czasie kompilacji 250
  
  • 11.1.1. Debugowanie typów dedukowanych 252
  • 11.1.2. Dopasowywanie do wzorców podczas kompilacji 254
  • 11.1.3. Udostępnianie metainformacji o typach 257
• 11.2. Sprawdzanie właściwości typu w czasie kompilacji 258
• 11.3. Tworzenie funkcji rozwiniętych 261
  
  • 11.3.1. Wywoływanie wszystkich obiektów wywoływalnych 263
• 11.4. Tworzenie języka dziedzinowego 265
• Podsumowanie 271

Rozdział 12. Projektowanie funkcyjne systemów współbieżnych 273

• 12.1. Model aktora: myślenie komponentowe 274
• 12.2. Tworzenie prostego źródła wiadomości 278
• 12.3. Modelowanie strumieni reaktywnych w postaci monad 281
  
  • 12.3.1. Tworzenie ujścia w celu odbierania wiadomości 283
  • 12.3.2. Transformowanie strumieni reaktywnych 286
  • 12.3.3. Tworzenie strumienia z określonymi wartościami 288
  • 12.3.4. Łączenie strumienia strumieni 289
• 12.4. Filtrowanie strumieni reaktywnych 290
• 12.5. Obsługa błędów w strumieniach reaktywnych 291
• 12.6. Odpowiadanie klientowi 293
• 12.7. Tworzenie aktorów ze stanem mutowalnym 297
• 12.8. Tworzenie systemów rozproszonych z użyciem aktorów 298
• Podsumowanie 299

Rozdział 13. Testowanie i debugowanie 301

• 13.1. Czy program, który się kompiluje, jest poprawny? 302
• 13.2. Testy jednostkowe i funkcje czyste 304
• 13.3. Testy generowane automatycznie 305
  
  • 13.3.1. Generowanie przypadków testowych 306
  • 13.3.2. Testowanie oparte na właściwościach 307
  • 13.3.3. Testy porównawcze 309
• 13.4. Testowanie systemów współbieżnych opartych na monadach 311
• Podsumowanie 314

Skorowidz 315