Pipeline Architectures in C++: Overloaded Pipe Operator | and Its Monadic Operations

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/CppCon

摘要

本文档探讨了C++中使用重载管道操作符|构建自定义pipeline框架，并结合C++23引入的std::expected及其monadic操作来实现高效的编程范式。文档介绍了functional programming在C++中的应用，特别是函数组合和std::ranges的功能。std::expected在错误处理和pipeline构建中的作用尤为重要，其monadic操作如and_then、or_else、transform和transform_error提供了处理错误和转换数据的方法。此外，文档还讨论了如何通过自定义pipeline架构和重载管道操作符来实现更灵活和高效的程序设计。

AI总结

### 总结

#### 文档标题
《Pipeline Architectures in C++: Overloaded Pipe Operator | and Its Monadic Operations》

#### 作者信息
作者：Boguslaw Cyganek
单位：克拉科夫矿业和冶金大学，波兰
会议：CppCon 2024 Poster Proposal

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### 内容概述

本文探讨了C++中的管道架构和重载管道操作符|，并结合C++23新引入的std::expected及其单adic操作，展示了一种新的编程范式。以下是核心内容的总结：

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### 1. 引言
- **主题**：介绍了C++中的管道架构，重点讨论了自定义管道框架和std::expected的结合。
- **技术背景**：C++20引入的Range库支持函数组合，而C++23的std::expected提供了更高效的错误处理方式。
- **内容重点**：
- 如何实现自定义管道框架并重载管道操作符|。
- std::expected及其单adic操作的功能和应用。

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### 2. 相关性
- **研究意义**：
- 函数式编程在C++中的重要性日益凸显，管道模式是其核心之一。
- std::expected结合单adic操作，为错误处理和管道构建提供了新的解决方案。
- 本文扩展了C++功能性编程的边界，并为实际应用提供了高效的编程模式。
- **涉及技术点**：
- 函数式编程、现代C++、Range库、std::expected、并行处理（计划中）、概念和泛型编程。

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### 3. 技术内容
- **管道模式与管道操作符**：
- 管道模式的基本概念，与Unix/Linux管道的对比。
- 重载管道操作符|的实现，解决管道中错误传递的问题（使用std::expected替代异常）。
- **std::expected**：
- 基本功能：用于错误处理，类似于optional，但支持错误值。
- 单adic操作：包括and_then、or_else、transform、transform_error等，简化了错误处理和函数组合。
- 举例：通过Unix管道命令（如tr、sort、uniq等）展示std::expected在管道中的应用。
- **自定义管道框架**：
- 如何使用std::expected构建自己的管道架构。
- 通过概念（concepts）和泛型编程简化实现。

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### 4. 完成状态
- **已完成内容**：
- 主要概念和软件实现已完成，部分内容为作者正在撰写的新书《Introduction to Programming with C++ for Engineers》第二卷的一部分。
- 示例代码已发布至GitHub（https://github.com/BogCyg）。
- **计划扩展**：
- 实现并行化版本，进一步提升管道架构的性能。

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### 5. 支持材料
- **参考文献**：
- [1] Bogusław Cyganek: 《Introduction to Programming with C++ for Engineers》，Wiley-IEEE 2021
- [2] 示例代码：https://github.com/BogCyg
- [4] Ankur Satle的CppCon 2022演讲：https://www.youtube.com/watch?v=L_bomNazb8M
- [5] Wikipedia中关于管道的定义：https://en.wikipedia.org/wiki/Pipeline_(software)

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### 总结
本文通过结合C++20/C++23的新特性，展示了如何构建高效的管道架构，特别是在错误处理和函数组合方面提出了新的解决方案。std::expected和重载管道操作符|的结合，为现代C++编程提供了更强大的功能，适用于函数式编程和实际应用开发。