一. 什么是Lambda Um4$. BKD
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 >b^|SL
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, ?r< F/$/
42 6l:>D(
LHy-y%?i
OXT'$]p.*
class filler !\e&7sV~Q
{ ^uG^XY&ItC
public : xw1@&QwM
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} =2sj$
} ; {R5{v6m_
vsFRWpq
UXU!sd
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: W.nQYH
.nGYx
]m ED3#
a?^xEye
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); _6Ex}`fyJ
nMz~.^Q-
C3m](%?
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 :)cn&'l(S
.JkcCEe{G
RA5*QW
0zscOE{
二. 战前分析 0u,OW
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 KN41kkN
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 d-cK`pSB
-Odk'{nW
PA=.)8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Py}`k 1t*f
/* --------------------------------------------- */ N sUFM
vector < int *> vp( 10 ); O&ur|&v
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); h[Hn*g
/* --------------------------------------------- */ MV+S.`R
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); !a(#G7zA
/* --------------------------------------------- */ n\U3f M>N
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); WJB/X"J
/* --------------------------------------------- */ hM":?Rx
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); )2 Omsh
/* --------------------------------------------- */ uTSTBI4t
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ^CZ)!3qd1
CB76
c5 jd
q[0
?O]iX;2vM
看了之后,我们可以思考一些问题: .:<-E%
1._1, _2是什么? cqr4P`Oj
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Hg~O0p}[
2._1 = 1是在做什么? t1y
hU"(J
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 3I rmDT
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 R0 g-
(|(#W+l~
]#UyYgPk
三. 动工 s@WF[S7D
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: @kq~q;F
G^Z
SQ!
n+C,v.X
8T}Ycm5}
template < typename T > <>jut
class assignment p6qza @
{ I}5#!s< {&
T value; !n<vN@V*3d
public : R %QgOz3`
assignment( const T & v) : value(v) {} /cPezX
template < typename T2 > ;~&F}!pQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } [4V{~`sF
} ; W'Wr8~{h
fc'NU(70c
SxC
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ar-N4+!@
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment nLn3kMl4
K{eq'F5M
{rQSB;3
0w'%10"&U+
class holder 0n5{Wr$
{ M2UF3xD
public : ~Z74e>V%
template < typename T > PQ6.1}
assignment < T > operator = ( const T & t) const }m!L2iK4qk
{ \k?Fu=@
return assignment < T > (t); o :`>r/SlL
} #\15,!*a=
} ; A 9I5
CCZ'(Tkq
T(Q(7
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: x+? P/Ckg
vuL;P"F4&
static holder _1; ZbmBwW_ 7
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 a?_!
[1OX:O|
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); uVnbOqR<X
而不用手动写一个函数对象。 "eqN d"~
t0$}
m tPmVze
r&$r=f<
四. 问题分析 \6]Uj+
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 oqLM-=0<}
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 eouxNw}F1
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 wrORyj
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 J |$(O$hYy
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ]3u$%vc
!CJh6X!
五. 问题1:一致性 dm;C @.ML
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| W3AtO
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 w.AF7.X`1
mpsi{%gA
struct holder 2u B66i
{ VLLE0W _]
// #Cj$;q{!
template < typename T > n@`D:;?{
T & operator ()( const T & r) const hv]}b'M$
{ u~JCMM$
return (T & )r; g}uVuK;<
} pwu8LQ3b{O
} ; 71g\fGG\
;+86q"&n
这样的话assignment也必须相应改动: 7v{X?86&
MQ~OG9.
template < typename Left, typename Right > EZN38T
class assignment [{K
{ Ym]Dlz,o
Left l; 4u!<3-3Zy
Right r; ,_G((oS40
public : MfJs?N0
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ;!k{{Xndd
template < typename T2 > Zze(Ik
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ,JLY
oE+
} ; FQ"
;v"
834E
]2
同时,holder的operator=也需要改动: o ?9k{
7Ud
template < typename T > t;^NgkP{$
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const xJ0Q8A
{ h2Kx
return assignment < holder, T > ( * this , t); #]g9O ?0$
} Boi?Bt
+nLsiC{&
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 T+$Af,~
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Q?1'
JF!G
ZRD@8'1p
return l(rhs) = r; ~_;x o?@ba
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 w^rINPAS
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: \W;+@w|c
kS\A_"bc
template < typename Tp > ljS~>&
class constant_t 2O*(F>>dT
{ 7yp}*b{s
const Tp t; hYj!*P)uV
public : ,hggmzA~
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} =}8:zO
2'{
template < typename T > 2V-zmyJs5
const Tp & operator ()( const T & r) const EYLqg`2A
{ <<ze84E
return t; L#\!0YW/@
} ya*KA.EGg
} ; XSw!_d
o1d ECLQa
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 e2P
ds`
下面就可以修改holder的operator=了 _xHEA2e!
m\XgvpvrP
template < typename T > ;q3"XLV(T[
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const a$7}41F[~s
{ 7*a']W{aJ
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); O%Mi`\W@
} e*zt;SR
X}Oo5SNgff
同时也要修改assignment的operator() 'f?=ks<
7e`ylnP!
template < typename T2 > rEM#J"wF
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ~zcHpxO^W
现在代码看起来就很一致了。 *[QFIDn:
C
`>1x`n
六. 问题2:链式操作 Hp@nxtKxW
现在让我们来看看如何处理链式操作。 G!^}z(Mgi
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 j
HOE%
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 (+Yerc.NQt
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 &}1PH%6
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct |zV-a2K%J
.[-d( #l{l
template < typename T > c%uX+\-$
struct result_1 _fH.#C
{ pP&TFy#G+'
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 5]WpH0kzO
} ; o)P'H"Ki
/5@V $c8
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ?~e 8:/@
1/Pou)D
template < typename T > r/E;tm[\
struct ref JkazB1h
{ A0SEzX({[
typedef T & reference; *dn~-W.
} ; ic:_v?k
template < typename T > -hf)%o$
struct ref < T &> -{i;!XE$SR
{ R 2uo ZA,
typedef T & reference; SU.T0>w
} ; V:rq}F}
|?CR|xqT
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: MfhJb_q`
i0ax`37
template < typename T > 0/d+26lR
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const !HM|~G7
{ -MV </
return l(t) = r(t); vu[+UF\G
} #`5{?2gS9
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 k&4@$;Ap
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 12*'rU;*
?b0 VB
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 d/G`w{H}y
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: bv`gjR
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 KH)(xB=
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 4oT1<n`r+
最后的布局是: wSHE~Xx
Add N\ ?%944R
/ \ P g.PD,&U
Divide 5 `#&pB0.y
/ \ V3fd]rIP
_1 3 "ZDc$v:Qa
似乎一切都解决了?不。 ^GG6%=g'
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ]%jlaXb
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 "$KU+?
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: [6Y6{.%~
l/,O9ur-
template < typename Right > |'WaBy1
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const YB/A0 J
Right & rt) const n*G[ZW*Uc
{ :1"{0gm
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); lwhAF, '$
} r-
0BLq]~{
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 _Z'j%/-4@D
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 /w0l7N
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 a<l(zJptG
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 YRF%].A%2
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 1J<Wth{
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? Mp*")N,
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: :nYl]Rm
_y&m4V