一. 什么是Lambda pl7!O9bo
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 V}aXS;(r%
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, PDGh\Y[AK,
[9>1e
-MOf[f^
~Q6ufTGhpM
class filler ;zh|*F>
{ 3J:!8Gmk
public : P@*whjPmo
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} c\RDa|B,
} ; Z~]17{x0
gZvl
D
ap=M$9L'
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: =v8#@$
nE/T)[1|
t`Hwq
E%40u.0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); {v2Q7ZO-
1;H(
K}a[ ~
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 l(<o,Uv[`
Z7%>O:@z
`aSz"4Wd
Ag?@fuk$J
二. 战前分析 rV1JJ.I
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 \hm=AGI0
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 e`C'5`d]
Bj\0RmVa1
m >'o&Hj
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); K_}vmB\2l
/* --------------------------------------------- */ IcaF4#
vector < int *> vp( 10 );
,?`$~8
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); .Cm wR$u&
/* --------------------------------------------- */ _#-(XQ a
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ?)JW}3<.
/* --------------------------------------------- */ 2^Y1S?g.
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 'rz*mR8
/* --------------------------------------------- */ O'j;"l~H|
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); @AWKEo<7.I
/* --------------------------------------------- */ n:; 2Z
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); tq1h1
0p~:fm
*t*yozN
Eb#0-I
看了之后,我们可以思考一些问题: !".@Wg$
1._1, _2是什么? T}fo:aB}
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。 U?@UIhtM|
2._1 = 1是在做什么? o/9 V1"
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。 -6 DfM,
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。 9ft7
*^QfTKN
g*!2.P
三. 动工 Bz]64/
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: F"9qBl~
tn:9
69CH W &
~ZL}j+L/
template < typename T > A;{8\e
class assignment C}W/9_I6Uo
{ B Q".$(c
q
T value; ,qaIdw [
public : m]&d TZV
assignment( const T & v) : value(v) {} >JnEhVRQJ9
template < typename T2 > ("IRv>} 0
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } C2!POf;GdN
} ; qzmY]N+w|
f}#pKsX.
+EkZyM~z2
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Y[*z6gP(
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment bJGT^N@
dG6Mo76
Mi:$<fEX
[NH[n#
class holder Ro?4tGn
{ Tb~(?nY5
public : > \KBXS}
template < typename T > syV&Ds)
assignment < T > operator = ( const T & t) const V,&s$eQC
{ C>t1~^Q},9
return assignment < T > (t); nh,N(t9
} QT?fp
>'
} ; du`],/ 6
d}IVYI
lq+FH&
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: '7wWdq
:?yv0Iu
static holder _1; t0Ec`+)
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 8 =J6{{E
b9`MUkGGd
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); /Nb&e
而不用手动写一个函数对象。 Ql#:Rx>b
<Gs)~T#'
#;2Ju'e#z
UB(Q &U_
四. 问题分析 |67<h5Q1
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。 aBol9`6
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。 TRX; m|
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 @cSz!E}
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 -1Tws|4gc
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Q%q_
a?&oOQd-iP
五. 问题1:一致性 :`oYD
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?| \
$z.x-U
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 3Pkzzyk_|D
IjJ3./L!5
struct holder t$R|lv5<
{ wnhac}
// (CO8t~J=
template < typename T > >/}v8k 1v
T & operator ()( const T & r) const b pExYyt
{ ADlPdkmym
return (T & )r; n16,u$|
} (g4.bbEm
} ; D.U)R7(
B9Y "J
这样的话assignment也必须相应改动: JdFMSmZ@
u;;]S!:M
template < typename Left, typename Right > ~Ui<y=d
class assignment =Tb~CT=
{ ?$
o9/9w
Left l; [2.pZB
Right r; 4k<4=E
public : xHe<TwkI
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} uRwIxT2
template < typename T2 > o#H"tYP
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } EZE/~$`3
} ; ;R 'OdQ$o
w6v P
a
同时,holder的operator=也需要改动: p\1[cz)B
om9fg66
template < typename T > pH'#v]"
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ep>S$a*|
{ U!^\DocAY
return assignment < holder, T > ( * this , t); ZKPnvL70
} fqFE GyeNr
)m
\}ITf
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。 w/E4wp
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 J{\S+O2,*
DRj\i6-v
return l(rhs) = r; Xn9TQ"[4
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。 C] \r~f
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ]X;Ty\UD&
_U%!&_m6
template < typename Tp > >jRz4%
class constant_t dX,2cK[aG
{ asmMl9)(`
const Tp t; ~'=s?\I
public : D=o9+5Slw
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} eHm!
template < typename T > F=$2Gz
'RT
const Tp & operator ()( const T & r) const 91}QuYv/_
{ ! E#XmYhX=
return t; bu,Z'
} ID E3>D
} ; F+v? 2|03
4(|x@:wxm
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 =-1d m+P
下面就可以修改holder的operator=了 Ojr{z
(,[m}Qb?!
template < typename T > %AXa(C\1
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Cd"O'<^Sb
{ -U'6fx) +
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); L&][730
} k2_ "
4:y;<8+j\
同时也要修改assignment的operator() DNq=|?qn]
6rF[eb
template < typename T2 > WojZ[j>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } |wQ|h$|
现在代码看起来就很一致了。 7Ha
+@
`BdZqXKG
六. 问题2:链式操作 mc~d4<$`!
现在让我们来看看如何处理链式操作。 218ZUg -a
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。 vZq7U]RW
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。 &d[&8V5S
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。 u&9|9+"N
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct $DJp|(8
l;b5 v]~
template < typename T > -A[iTI"
struct result_1 wk<QYLEk
{ dNB56E)5`J
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; (S&X??jfB5
} ; kQRNVdiz
zQV$!%qR
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: ?tQUZO
"AS;\-Jk
template < typename T > GX4# IRq
struct ref XuVbi=pN.2
{ s,\!@[N
typedef T & reference; K)`,|q* \
} ; bu1O<*
template < typename T > MR:Co4(
struct ref < T &> {()8 Wr
{ lGwX.cA!'
typedef T & reference; w[qWr@
} ; hvnZ
2x.?d
#5-0R7\d7
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: .\7R/cP}{A
~raRIh=
template < typename T > lCr
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ;HlVU
{ JVD#wwic
return l(t) = r(t); B-
N
} Ia*eb%HG
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。 6!
\a8q'z
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 r77?s?
qhRs5QXL
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 =P!SN]nFeP
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: (x2I*<7P
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 5 S$*YRp
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 4(B{-cK
最后的布局是: ?{mFQ
Add N1jj\.nB
/ \ %u-l6<w#R
Divide 5 #*:y2W%H
/ \ nzmv>s&UW
_1 3 f>g>7OsD]
似乎一切都解决了?不。 B5hk]=Ud
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 iEux`CcJ.
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 =5a~xlBjD
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: Q+*o-
d}GO(
template < typename Right > '=EaZ>=
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const H1N_
Right & rt) const Edj}\e*-J
{ \::<]
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); V/j+Z1ZW
} 7z9gsi
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 k%?wNk>
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 }rz}>((ZHF
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 yHT8I
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 @]":3
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 ( ?3 )l
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? [~,~ e
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: y&")7y/uE
V7.xKmB
template < class Action > / Li?;H
class picker : public Action u~=>$oT't
{ ,~`R{,N`
public : qd6XKl\5
picker( const Action & act) : Action(act) {} '9>z4G*Td
// all the operator overloaded xV @X%E
} ; a$.(Zl
f'Dl*d
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 v?F~fRH
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: BX;Z t9"*
UbE*x2N
template < typename Right > <ppM\$
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ?ntyF-n&
{ W]{mEB
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); J'`,];su
} (0g@Z`r
/KFCq|;7s,
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > sqFMO+
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 ";AM3
LRW7_XYz
template < typename T > struct picker_maker (?Fz{
{ yxh8sAZ
typedef picker < constant_t < T > > result; O+A/thI%*S
} ; TXD\i Dq
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > n,SD JsS^
{ BFc=GiPnQ
typedef picker < T > result; # kl?ww U
} ; 'kPc`)\
U@x5cw:
下面总的结构就有了: D'2&'7-sm\
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 48nZ
H=(Eh
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 ,Ua`BWF
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 l'n"iQ!G
至此链式操作完美实现。 Ufd{.o[{-
6|+I~zJ88
D6@c&
七. 问题3 rTT Uhd
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 hdJW#,xq
?NoG.
template < typename T1, typename T2 > V\r!H>
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const WQv%57+
{ &$ZJfHD@
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ,E2Tw-%
} ORHs1/L`j
,rx?Ig}kz
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: gTcLS|&