一. 什么是Lambda abCcZ<=|b
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 iR(A^
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, Zcz)FP#
r+>E`GGQ
VD+8j29
SA{A E9y
class filler 'e\m6~u\hm
{ "a6
wd
public : ZQnJTS+ Rd
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} lb&tAl"D
} ; p H?VM&x
OHqLMBW!!
9 YU7R)
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: Sy'/%[+goJ
klKAwC Q,
B.K"1o
x"v5'EpL
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); fh
)QX
D_9&=aa'
T2}I,{U
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 [FC7+
Ey^
}`Q'!_`
Nj.(iBmr
<{YP=WYW
二. 战前分析 )~O{jd
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。 i,S%:0c7)
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 :4<+)r26
V_~}7~
I
()(@Qcc
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); <=cj)
/* --------------------------------------------- */ "(/|[7D)
vector < int *> vp( 10 ); Q9 kKk
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); -t?S:9[w
/* --------------------------------------------- */ e&7GW9FSg
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); I4
Tc&b
/* --------------------------------------------- */ H<%7aOwO2
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); *2 4P T7
/* --------------------------------------------- */ 5gGYG]*l
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Zx55mSfx:
/* --------------------------------------------- */ X5qU>'?`
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); A!<R?
k^]+I%?Q
.pi#Z/v
=9YyUAJZ
看了之后,我们可以思考一些问题: aAu
upPu
1._1, _2是什么? `wB(J%w
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。 5D-xm$8C
2._1 = 1是在做什么? . ~G>vVb
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 )+oDa{dZ
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 (~}yt .7K
qp
kdQ=%
三. 动工 QCa$<~c
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 6O$OM
}N2T/U
mmTc.xh
r&1N8o
template < typename T > *ta|,
class assignment yXppu[=
{ E} Uy-
T value; :8E(pq|1PB
public : +%?_1bGX>
assignment( const T & v) : value(v) {} 8\. #
template < typename T2 > 2p@Rr7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } iIcO_ZyA
} ; d|j3E
c(ZkK
uzho>p[ae
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 3,oFT
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment aMZ6C <N
K}`.?6O
&Zd{ElM
~6kEpa
class holder zg)Z2?K|;u
{ x?va26FV
public : ["MF-tQ5
template < typename T > s#)fnNQ,
assignment < T > operator = ( const T & t) const lmj73OB3
{ Rw^4S@~T
return assignment < T > (t); #kA/,qyM
} E:&=A 4%
} ; ]*%0CDY6`N
7$Bq.Lc#z
k
U*\Fa*E
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: 3PpycJ}
P9G c)$6{p
static holder _1; d01bt$8>
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 V. =! ^0'A
EXS
1.3>
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); $w)yQ %
而不用手动写一个函数对象。 "CT'^d+
$MfHA~^
jGb+bN5U7
K> lA6i7?
四. 问题分析 c[3sg
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。 +sQ=Uw#e
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。 $ze%!C
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 \n6#D7OV
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 >y(;k|-$
下面我们可以对这几个问题进行分析。 (pREo/ T
jXSo{
五. 问题1:一致性 zy
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?| Fv.}w_
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 {"Van,w
U$# ?Lw
struct holder ]
RN&s
{ 7xMvf<1P
// Eu l,1yR
template < typename T > :JV=Kt
T & operator ()( const T & r) const Ldf<
{ g&`e2|[7
return (T & )r; GXYmJ4wR
} c/^}
=t(
} ; L1VUfEG-
#:3ca] k
这样的话assignment也必须相应改动: i!*w'[G->Y
g`d5OHvOo
template < typename Left, typename Right > <wW#Wnc ]
class assignment 8uP,#D<wZ
{ 4fT,/[k?
Left l; 3PIZay
Right r; Ew*_@hVC
public : $k,Z)2
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} K9njD#/
template < typename T2 > kl?U2A.=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } l<ag\ d
} ; ;ug&v
C
|cEJRs@B
同时,holder的operator=也需要改动: p^3]Q
[ %cW ?@
template < typename T > ZNuz%VO
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const zq>pK_WG
{ |F=!0Id<
return assignment < holder, T > ( * this , t); +0{m(%i
} e=<knKc
Q
^HgQ"dD
<
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 Q>8F&p?R
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 mKugb_d?
r{!]`
'8
return l(rhs) = r; ] JVs/
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 )a
AKO`
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类:
0w>V![
!_ZknZTT
template < typename Tp > wN>k&J
class constant_t cY8XA6
{ i ?&t@"'
const Tp t; 9utiev~3
public : V(I!HT5.W
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Ebw1 %W KC
template < typename T > cXU8}>qY7
const Tp & operator ()( const T & r) const \3JZ=/
{ ~b}a|K
return t; hiq7e*Nsb
} dw#K!,g
} ; c7UmR?m
4[m})X2(
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 >L\$
下面就可以修改holder的operator=了 *oopdGue
m?'H7cFR
template < typename T > U_i%@{
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const \UA\0p
{ eG&\b-%
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); d` %8qLIW
} O#LG$Y
n*
HK&Ul=^VN|
同时也要修改assignment的operator() nGQc;p5;
%:2EoXN"
template < typename T2 > 5pSo`)
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } zx` %)r
现在代码看起来就很一致了。 l r80RL'_
/kV3[Rw+
六. 问题2:链式操作 [Jv0^"]
现在让我们来看看如何处理链式操作。 w0qrh\3du
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。 wJyrF
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。 B7PkCS&X
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。 :btb|^C
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct j/.$ (E
8Na.H::cZ
template < typename T > -#<6
struct result_1 8T6LD
{ H#H@AY3Y
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 4'3do>!
} ; F.{{gpI
q^!_jMN5
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: L\0;)eJ#M
zs/4tNXw
template < typename T > mj{B_3b5
struct ref ;f;A"
{
~8
>Tb
typedef T & reference; 5OEo(&
} ; }9:(l
template < typename T > =MR.*m{
struct ref < T &> o\/&05rp]
{ grD[7;1~:)
typedef T & reference; z$g
cK>@l
} ; MB7UI8
7Qdf#DG
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 8;PS>9<
Cws;6i*=@
template < typename T > )6+Z9 9w
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const f^JiaU4 [
{ m(>MP/
return l(t) = r(t); (g" {A
} 1O#]qZS}]
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 SjosbdD
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 vEy0DHEE
Wd`*<+t]
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 yq H
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: V}3'0
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 n[S-bzU^t
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 6jw9p+.
最后的布局是: R*[X. H
Add fe!eZiE
/ \ 7MWd(n-
Divide 5 zA%YaekJ
/ \ Cn"_x
_1 3 P"(VRc6x
似乎一切都解决了?不。 _0cCTQE
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 C/$bgK[ev
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。 jJY{np
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: oACbZ#/@n
SFu]*II;{
template < typename Right > !dQmg'_V
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const L<XAvg
Right & rt) const A%[e<vj9
{ 4,,DA2^!
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ]OSq}ul
} \gsJ1@
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 zif&