C++中的高阶函数

高阶函数是指可以接受其他函数作为参数或返回函数作为结果的函数。在C++中，有几种方式可以实现高阶函数的功能：

1. 函数指针

#include <iostream>

int add(int a, int b) { return a + b; }
int subtract(int a, int b) { return a - b; }

// 高阶函数，接受函数指针作为参数
int compute(int x, int y, int (*op)(int, int)) {
    return op(x, y);
}

int main() {
    std::cout << compute(5, 3, add) << std::endl;      // 输出 8
    std::cout << compute(5, 3, subtract) << std::endl; // 输出 2
    return 0;
}

2. 函数对象（仿函数）

#include <iostream>

// 函数对象类
struct Adder {
    int operator()(int a, int b) const {
        return a + b;
    }
};

struct Multiplier {
    int operator()(int a, int b) const {
        return a * b;
    }
};

// 高阶函数模板，接受函数对象
template <typename Operation>
int compute(int x, int y, Operation op) {
    return op(x, y);
}

int main() {
    std::cout << compute(5, 3, Adder()) << std::endl;       // 输出 8
    std::cout << compute(5, 3, Multiplier()) << std::endl;  // 输出 15
    return 0;
}

3. Lambda表达式（C++11及以上）

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

// 高阶函数，接受lambda作为参数
void forEach(const std::vector<int>& values, void (*func)(int)) {
    for (int value : values) {
        func(value);
    }
}

int main() {
    std::vector<int> values = {1, 2, 3, 4, 5};
    
    // 使用lambda作为参数
    forEach(values, [](int value) {
        std::cout << "Value: " << value << std::endl;
    });
    
    // 使用标准库中的高阶函数
    std::sort(values.begin(), values.end(), [](int a, int b) {
        return a > b; // 降序排序
    });
    
    return 0;
}

4. std::function（C++11及以上）

#include <iostream>
#include <functional>

int add(int a, int b) { return a + b; }

// 高阶函数，使用std::function作为参数
int compute(int x, int y, std::function<int(int, int)> op) {
    return op(x, y);
}

int main() {
    // 使用函数指针
    std::cout << compute(5, 3, add) << std::endl;
    
    // 使用lambda
    std::cout << compute(5, 3, [](int a, int b) { return a * b; }) << std::endl;
    
    // 使用函数对象
    struct Power {
        int operator()(int a, int b) const { 
            int result = 1;
            for (int i = 0; i < b; ++i) result *= a;
            return result;
        }
    };
    std::cout << compute(2, 4, Power()) << std::endl; // 2^4 = 16
    
    return 0;
}

5. 返回函数的函数

#include <iostream>
#include <functional>

// 返回一个函数（使用lambda）
std::function<int(int)> makeAdder(int x) {
    return [x](int y) { return x + y; };
}

int main() {
    auto add5 = makeAdder(5);
    std::cout << add5(3) << std::endl; // 输出 8
    std::cout << add5(10) << std::endl; // 输出 15
    
    return 0;
}

实际应用示例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <functional>

// 高阶函数应用：过滤器
template <typename T>
std::vector<T> filter(const std::vector<T>& vec, std::function<bool(const T&)> predicate) {
    std::vector<T> result;
    for (const auto& item : vec) {
        if (predicate(item)) {
            result.push_back(item);
        }
    }
    return result;
}

int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
    
    // 过滤偶数
    auto evens = filter<int>(numbers, [](int x) { return x % 2 == 0; });
    
    // 过滤大于5的数
    auto greaterThan5 = filter<int>(numbers, [](int x) { return x > 5; });
    
    // 输出结果
    for (auto n : evens) std::cout << n << " ";
    std::cout << std::endl;
    
    for (auto n : greaterThan5) std::cout << n << " ";
    std::cout << std::endl;
    
    return 0;
}

高阶函数是函数式编程的重要概念，C++通过多种机制支持这一特性，使得代码更加灵活和可复用。