一. 什么是Lambda ?`nF"u>
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ^vPt Ppt
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, fCMH<}w
\xH#X=J
tp3>aNj
t ._PS3
class filler jDp]}d|f)
{ _Gf.1Bsf@S
public : x=>+.'K
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 6T}bD[h4?
} ; uh~/ybR
[\M=w7
!*0\Yi,6
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: a:oZ5PX=
2o`a^'Iw
T41&;?-
4DVkycM
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); w>IYrSaa>
Ufz& 2
iI[Z|"a 21
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 eB:OvOol*^
D&{7Av
Y2
&N#~l*
C*}TY)8
二. 战前分析 ({ 7tp!@
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。 _jw A_
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 )
0x*>;"o
LF'M!C9|
\8uPHf_
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Lc|5&<8ZG1
/* --------------------------------------------- */ zfE;)K^"
vector < int *> vp( 10 ); d9XX^nY.
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Vrf+~KO7
/* --------------------------------------------- */ ^@
GE1
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); +w-UK[p
/* --------------------------------------------- */ 1n! JfsU
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 27-<q5q
/* --------------------------------------------- */ # E'g{.N
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Jy'ge4]3
/* --------------------------------------------- */ {4Q4aL(
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); M%wj6!5
XelY?Ph,,
P-L<D!25
_wWh7'u~G
看了之后,我们可以思考一些问题: "HW~|M7>(
1._1, _2是什么? DT # 1*&-
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。 9$,?Grw~
2._1 = 1是在做什么? =KwG;25hX
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 +[9~ta|j
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 W'\{8&:!
"Hmo`E B0
OHzI!,2]
三. 动工 >JFAE5tj&2
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: XF1x*zc
byM/LE7)
?lzg )88I
[{_JO+)+n
template < typename T > ,MwwA@,9-
class assignment or/Y"\-!
{ ZoB?F
T value; -OZRSjmY
public : VrhG=CK
assignment( const T & v) : value(v) {} TL+a_]3@
template < typename T2 > 6hSj)
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; }
PA"xb3@I
} ; q('O@-HA
@B$ Y`eK\
8vB~1tl;
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 \LRno3
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment L <Q1acoZm
#rzq9}9tB
Q"CZ}B1<
GVZ/`^ndM
class holder @*L^Jgn
{ /ocdAW`0
public : HE+y1f]
template < typename T > H$Fz{[[u
assignment < T > operator = ( const T & t) const w:Fes
{ GiB3.%R`
return assignment < T > (t); r4jW=?|
} =LuH:VM&
} ; %MgQ.
Os9xZ
$k*E^~qT
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: [#n~ L6
i NzoDmE*
static holder _1; @!^c@
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 q~.\NKc
_h7!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); GDP@M)~6*
而不用手动写一个函数对象。 V;ZyAp
^x%yIS
mkTf}[O
u&".kk
四. 问题分析 BqK|4-Pf
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。 +"Ek?
)?
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。 ( }5k"9Z
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 N%/Qc hu
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 <WtX>
\]l(
下面我们可以对这几个问题进行分析。 c*K-?n9YMz
eI8^T?
五. 问题1:一致性 jE2k\\<a
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?| =El.uBz{
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 "EF:+gi#"
pNr3u
struct holder YMad]_XOP
{ ZU7e1VaZM
// <^|8\<J
template < typename T > Fe%Q8RIh_
T & operator ()( const T & r) const 2X;,s`)
{ {_|~G|Z
return (T & )r; ' ~ lC85
} o5mt7/5[i
} ; .RH}/D
}3j/%oN.(
这样的话assignment也必须相应改动: e(x1w&8dB
Z%6I$KAN8
template < typename Left, typename Right > CspY+%3$
class assignment tn+i5Eso
{ oat*ORL
Left l; 0wB ?U~
Right r; G<9MbMG
public : -lRXH7|X
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} cgc|G
template < typename T2 > $TtCVR
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } x&+/da-E/5
} ; b)(#/}jMkD
!FZb3U@
同时,holder的operator=也需要改动: {6~v oVkj
;:vbOG#aSN
template < typename T > HGs.v}@&
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 6Y)'p
.+g
{ }I}Rq D:`
return assignment < holder, T > ( * this , t); bk}.^m!
} Dsw(ti`@
U
PGS
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ~A}"s-Kq5
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 WM*[+8h
zIf/j k
return l(rhs) = r; 0qnToV;
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 {1'XS,2
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 5Lo{\7%
K:c5Yq^
template < typename Tp > j5|PQOK
class constant_t y'*^ '
{ pjvChl5
const Tp t; dMCV
!$
public : l6:k|hrm;
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} &7,Kv0j}
template < typename T > BR8z%R
const Tp & operator ()( const T & r) const -1Yt3M&
{ ':R)i.TS
return t; p
)etl5
} ~=aGv%vX
} ;
,u-i9`B
6P;IKOv^
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 |#^u%#'[2
下面就可以修改holder的operator=了 -d[9mS
LUna stA^
template < typename T > T12?'JL^r
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const
k]u0US9/
{ 5]:fkx
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Q6Vy}
} X<Rh-1$8F
[( BA:x1
同时也要修改assignment的operator() c|X.&<lX
QxwZ$?w%
template < typename T2 > 8E H#IiP
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } yd]W',c
现在代码看起来就很一致了。 h$)!eSu
y>'^<xk
六. 问题2:链式操作 %0YwaxXPn7
现在让我们来看看如何处理链式操作。 $2A%y14
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 @
eqVug
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 gG1%.q
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 b7E= u0
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct sg;Gk/]
oL1m<cQo9
template < typename T > ,@tYD(Z
struct result_1 WEFYV=I\
{ T;w%-k\<r
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; @aN<nd`q)
} ; G#ZU^%$M,
ZMids"Xdf
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: NC)I u
:/c=."z.
template < typename T > SSYE&
struct ref M&Sjo' ( .
{ tu#VZAPW@
typedef T & reference; d&&^_0O
} ; +e);lS"+/
template < typename T > 5&D)W>{d
struct ref < T &> Li(}_
{ l3R`3@
typedef T & reference; YQ}Rg5o
} ; x[U/
8#f&
Z)<ljW
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: x* *]@v"g
{" S"V
template < typename T > lZ.x@hDS
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Ac0C,*|^
{ I7ZY9W(S
return l(t) = r(t); @G+Hrd6
} ;:,hdFap
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。 |'9%vtbM
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 \`}Rdr!p%
~McmlJzJG
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 dnTB$8&
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: xQ\/6|
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 TCYjj:/
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 |6'(yn
最后的布局是: lyNa(3
Add GGo)k1T|)
/ \ Q*&>Ui[&
Divide 5 *%5.{J!
/ \ 6*8"?S'
_1 3 NNLZ38BV7
似乎一切都解决了?不。 hNgbHzW
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。 3/>T/To&2
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。 3}e-qFlV8,
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: 43-mv1>.
B{$4s8XU
template < typename Right > T4dLuJl
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const /yPFts_q
Right & rt) const 1wP#?p)c
{ JwG$lGNJ
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 3>YG
} LsH&`G^<
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 'Vq
<;.A
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。 #Jp_y|
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。 1"?3l`i
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。 I4{uw ge
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。 ATl.Qku@
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? WP[h@#7<
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: gw' uY$
^0vK >
template < class Action > xO?w8 *d
class picker : public Action lx_jy>$}r
{ n6D9f~8"
public : XgL-t~_
picker( const Action & act) : Action(act) {} CeQL8yJ;
// all the operator overloaded ~R^~?Y%+<
} ; h&@A'om~
QY2/mtI
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 $I*ye+a*{q
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: aVkgE>
9RA~#S|(T
template < typename Right > qd$Y"~Mco
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const r+%:rFeX
{ %+Hhe]J ld
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); *+|D8xp
} ?^I\e{),c
=nPIGI72VO
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Wmri%
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 GF4k
)H=}bqn
template < typename T > struct picker_maker "<