C++模板元编程是一种函数式编程形式吗？

Question

C++ 模板元编程是一种函数式编程形式吗？如果是，那么像非尾递归的堆栈溢出等问题对于 C++ 模板元编程是否有关联？在 this question 的阶乘模板示例中，我猜它是标准的函数式编程。或者这种相似性只是表面上的？

#include <iostream>
using namespace std;

template< int n >
struct factorial { enum { ret = factorial< n - 1 >::ret * n }; };

template<>
struct factorial< 0 > { enum { ret = 1 }; };

int main() {
    cout << "7! = " << factorial< 7 >::ret << endl; // 5040
    return 0;
}

- ahala

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C++模板实际上是一门非常纯净的函数式编程语言（没有副作用！），其特殊之处在于完全在编译时进行评估，而不像大多数函数式语言在运行时进行。而且语法并不太好。因此，使用与一种语言相同的技术和算法也适用于另一种语言是有意义的。事实上，存在将Haskell的子集“解糖”为C++模板的项目。我对性能特征/“操作语义”不太了解。 - glaebhoerl

也许你应该看一下boost::phoenix。 - Jesse Good

这绝对是一个真正的问题。只不过它有点深奥。 - Marcin

@Marcin：‘不是一个真正的问题’的描述为“这个问题含糊不清，模糊不清，不完整，过于宽泛或者是修辞性的，并且不能以当前的形式合理地回答。”--我认为这个描述完全适用。 - ildjarn

@ildjarn 这个问题怎么能算是宽泛的呢？它非常具体明确。 - Marcin

@Marcin：现在是这样，关闭时不是这样。 - ildjarn

Answer 1

这是一篇关于C++模板元编程是否属于函数式编程的文章。

是的！模板展开没有副作用，因此它是纯函数式的。

如果是这样，像非尾递归的栈溢出这样的陷阱对于C ++模板元编程是否相关？

完全正确。 阶乘并不是一个很好的演示，因为结果会在堆栈之前溢出，但长递归肯定会导致编译器错误。 有趣的是，编译器倾向于以这样的方式实现模板，使您获得自动记忆化。例如，一个粗略编写的斐波那契数列的实现通常会在O（n）时间内编译，而不是O（2 ^ n）。

- Sneftel

Answer 2

我认为最好的答案是这两个概念完全不同。然而，这并没有真正帮助到你，所以下面是我能想到的一些关键点：

• C++模板和函数式语言（如ML中的参数多态）都是泛型编程的例子，因此将它们放在一个问题中一起提出是有意义的。在学术界，甚至有泛型编程研讨会，通常涉及C++模板和ML风格的函数式编程。

• 然而，模板元编程为您提供了一种编写代码的方式，在编译C++代码时“评估”该代码，因此您只能将其用于非常有限的任务。另一方面，函数式程序通常在运行时运行，并且您可以定义复杂的数据结构，构建抽象等等（使用模板元编程也可以做一些事情，但看起来会很丑陋）。

• 为什么阶乘示例类似于函数式编程中的阶乘？当您使用模板元编程时，您无法定义“可变变量”（因为您只是定义新类型或模板），因此模板元编程可能感觉有点像函数式编程风格。

• 使用模板元编程编写的代码在编译时进行评估。这意味着它不能依赖用户输入！它要么编译，要么不编译（编译器可能对递归深度有一些限制，并在某个时候放弃）。另一方面，函数式程序可以接受一些输入，然后进行评估（这意味着它们可以使用所有可用的堆栈或内存，然后失败）。

对于函数式编程者来说，我知道一些函数式语言（比如Agda）可以在编译时计算东西，但我认为保持简单更好！

- Tomas Petricek

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它们并非完全不同的东西。更接近事实的说法是它们是相同的东西：C++模板元编程是函数式编程。（当然，反过来则不成立。） - glaebhoerl

关键点与您的陈述相矛盾：C++模板元编程和函数式编程并不相同，但非常接近。事实上，在C++中，您可以在编译时解析（Haskell的子集）函数式程序，并进行转换甚至执行它。例如，可以看看这里的一个库http://abel.web.elte.hu/mpllibs/metaparse/index.html，它可以实现这一点。 - Zólyomi István

你们两个都提出了一些好观点，但我仍然认为它们在高层次上是完全不同的东西。在低层次上，它们共享一些技术方面（例如模板元编程使用函数式风格的子集），但如果你想考虑大局，这并不是真正有用的信息。 - Tomas Petricek

从根本上讲，函数式编程是完全由无副作用的评估组成的编程，这完美地描述了模板元编程。寻找像用户输入之类的功能是无关紧要的；一些函数式语言（例如λ演算）不接受用户输入。 - Sneftel

Answer 3

模板元编程在理论上是一种纯函数式语言，即函数仅依赖于它们的参数，而不考虑任何全局或本地状态。然而，通过友元注入，我们可以捕获和检索元编程状态。因此，函数可以根据全局/本地元编程状态返回不同的结果。

- Mechap

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检索元编程状态从未被设计，根据ISO委员会的观点，“这是神秘的，应该被视为不合规”，如CWG 2118所述。 - dfrib