一. 什么是Lambda u#,]>;
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 :I$2[K
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, >ahj|pm
j41:]6
TkBBHg;
y2U:( H:l!
class filler ?qbp
{ ^~aSrREo
public : |pgkl`
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} :L[6a>"neE
} ; vjb?N
m#ie{u^
:mrGB3x{
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: /trc&V
h+W^k+~(
bS'r}
)q^vitkjup
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ^pjez+
(J4utw Z
%:,=J
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 gQEV;hCO
Ueeay^zN
x-pMT3m\D#
|gVO Iq
二. 战前分析 ^%d{i'9?
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 XZInu5(
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 2T5xSpC
xAjQW=
gAj)3T@
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); wuk7mIJ
/* --------------------------------------------- */ q KM]wu0Et
vector < int *> vp( 10 ); ?R(3O1,v^
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); t0>{0 5
/* --------------------------------------------- */ r$F]e]Ic\
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); H5s85"U#
/* --------------------------------------------- */ x/7G0K2\}
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 6.|~~/
/* --------------------------------------------- */ LU{Z
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); X*"Kg
/* --------------------------------------------- */ j0~3[dyqU
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); $5b|@
h)rf6*hw
-W_s]oBg
tA-B3 ]
看了之后,我们可以思考一些问题: <L~xR5
1._1, _2是什么? x+cF1N2.
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 !XG&=Rd?
2._1 = 1是在做什么? m0Syxb
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 Qu,k
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 kI3zYD^:
L~{Vt~H9"
*Qx|5L!_
三. 动工 1=Zw=ufqV
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: mRH]'dlD7
y8vH?^:%<
V;-.38py
U%DF!~n
template < typename T > cXcx_-
class assignment qW~R-g]
{ S<3!oDBs
T value; 8Wx@[!
public : @JEmybu
assignment( const T & v) : value(v) {} )H9*NB8%
template < typename T2 > GR ?u?-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } qH
Ga
} ; iW@Vw{|i I
P5}[*k%DQw
[A9,!YY
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 oPu|Q^I=
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment g1wI/
o9LD6$
y)/$ge_U
tnF9Vj[#%_
class holder fuD1U}c
{ "YzTMKu
public : #* gU[9U~
template < typename T > \U*-w:+@
assignment < T > operator = ( const T & t) const )~.&bEm\
{ PyT}}UKj:
return assignment < T > (t); G#n^@kc*,
} mU+FQX
} ; HCjn9
(L0hS'
?gR\A8:8
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Q)6wkY+!
QR5,_wJ&
static holder _1; "T a9
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 -hVv
r$r&4dY
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); *2Vp4
而不用手动写一个函数对象。 Wt+y-ES
e.}3OK
f_4S>C$
~f=6?5.wa
四. 问题分析 {rb-DB-/5M
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。 h#@4@x{
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。 w{r(F`
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 CFBUQMl>
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 bL'#
下面我们可以对这几个问题进行分析。 {wpMg
/h7>Z9T
五. 问题1:一致性 :n+y/6*
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?| lpfwlB'~9
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 3%[)!zKv
(pE\nuA\
struct holder 8tV=fSHd
{ EFRZ% Y
// w%8ooQ|C
template < typename T > Krp
<bK6
T & operator ()( const T & r) const Zr.\`mG4f
{ vNC$f(cQ
return (T & )r; =wIdC3Ph
} yp[<9%Fi
} ; dT hn?
d^Zo35X
这样的话assignment也必须相应改动: u+mjguIv
Q$?7) yyu+
template < typename Left, typename Right > 7cUR.PI#Q
class assignment %UUp=I
{ Ok}{jwJ%W;
Left l; o\@ A2r3
Right r; agU%z:M{
public : N"Y K@)*Q
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} n&0mz1rw
template < typename T2 > T.Pklty
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } L9{mYA]q
} ; Ei{(
tA!
M
同时,holder的operator=也需要改动: 79{.O`v
MPKpS3VS
template < typename T > ~j/bCMEf!
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const XlPK3^'N)h
{ <pTQpU
return assignment < holder, T > ( * this , t); @4/~~
} zj~nnfoys
fqcU5l[v,
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。 !paN`Fz\a
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 .N5hV3
s6uF5]M;2
return l(rhs) = r; )|U_Z"0H^
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。 cy=I0
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 7oZ@<QP'
nd $H
3sf
template < typename Tp > |~@x4J5,
class constant_t --in+
{ C2+{U
const Tp t; ?(5o@Xq
public : U6c)"^\
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} j>$=SMc
template < typename T > pau*kMu^}
const Tp & operator ()( const T & r) const tJUVw=
{ b4Ricm
return t; 9GMH*=3[=
} hH<6E
} ; 94~"U5oQ:
4*0:bhhhf_
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 H!u nIy|
下面就可以修改holder的operator=了 vnz[w=U
TpJg-F
template < typename T > Zg)_cRR
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const )ZT6:)
{ =dgo!k
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Q^$ghZ6V
} ZhhI@_sz
zW%>"y
同时也要修改assignment的operator() 5~@?>)TBv
%/UV_@x&
template < typename T2 > EX[B/YH
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 4=u+ozCG
现在代码看起来就很一致了。 N@k3$+ls
d>lt
六. 问题2:链式操作 =E&b=
现在让我们来看看如何处理链式操作。 zWy
,Om8P
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。 If~95fy~c
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。 W3De|V^
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。 C:]/8 l
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct M:R8<.{
P7's8KOoS
template < typename T > _^_5K(Uq
struct result_1 <e;jWK
{ dv"as4~%
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; f'1(y\_fb
} ; %9t{Z1$
{I4%
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: @)o0GHNP
rpUy$qrRc
template < typename T > mbF(tSy
struct ref rei
8LW
{ MVeFe\r
typedef T & reference; F(d:t!
} ; PXV)NC
template < typename T > ETM2p1ru0
struct ref < T &> F4GP7]
{ 'z)hG#{I
typedef T & reference; LyGUvi
} ; yC
W*fIaq
ITVQLQ
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: }x]&L/
ypH8QfxLTr
template < typename T > B9YsA?hg
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const BY3bpR
{ {1jpLdCbV^
return l(t) = r(t); vwVVBG;t
} yB.G=90
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 IrJ+Jov
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 gdl| ^*tc
>L8?=>>?\
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 os[ZIHph
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: L~IE,4
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 uM<|@`&b
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 jk )Vb
最后的布局是: 3S5^`Ag#
Add @|BD|{k
/ \ uG;?vvg>
Divide 5 4:D:| r
/ \ b6|Z"{TI
_
_1 3 &M[MEO`t8
似乎一切都解决了?不。 )Nbc/nB$
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。 _m Xs4
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。 %MN.O-Lc
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: W@^J6sH
O16r!6=-n
template < typename Right > >:2}V]/;
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const $0#6"urG
Right & rt) const h}h^L+4
{ t)} \9^Uo
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); |=O1Hn
} R"Kz!NTB
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 L x.jrF|&
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 cJ.
7Mt
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 lkb2?2\+
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 fYB*6Xb,w
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 .$Y?
W<
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? z$|;-u|
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: B52yaG8C
)|pU.K9qZ
template < class Action > }z
wX
class picker : public Action ?W!ry7gXO
{ _42Z={pZZq
public : F}D3,&9N
picker( const Action & act) : Action(act) {} )7dEi+v52
// all the operator overloaded xdZ<|
vMR
} ; 9*\g`fWc}{
0oSQY[ht/
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。 p>q&&;fe
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: V.8%|-d
vM(Xip7
template < typename Right > 3rNc1\a;
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const T`\]!>eb
{ "]#'QuR
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ($62o&I
} *g_w I%l
@r<b:?u
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > =WK04\H
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 J=iRul^S
89Z#|#uM5
template < typename T > struct picker_maker hbI;Hd
{ (rcMA>2=
typedef picker < constant_t < T > > result; hm\\'_u
} ; u]E.iXp
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ;1`!wG-DD
{ 1HbFtU`y~
typedef picker < T > result; u]M\3V.
} ; V&*D~Jq
NEVp8)w
下面总的结构就有了: s?c JV`
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 u1^\MVO8
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 ]JdJe6`Mc
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ]g,lRG
至此链式操作完美实现。 J\=a gQ
Pu;yEh
uw33:G
七. 问题3 t'g^W
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 mb1Vu
YJ,*(A18
template < typename T1, typename T2 > (.?ZKL
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Fp%Ln(/m
{ gn)R^
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ){P^P!s$
} _ym"m,,7?
0%<+J;'o
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: ! E0!-UpY
c)~h<=)
template < typename T1, typename T2 > aSL6zye
,
struct result_2 $UvPo0{
{ vtyx`F
f
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; "^Rv#
} ; YQd:M%$
OlY$v@|
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? CU$#0f>
这个差事就留给了holder自己。 exZLj0kvF
LZ<[ll#C
~3CVxbB^<
template < int Order > |^( M{
class holder; ,T|x)"uA`
template <> q3h'l,
class holder < 1 > 4 1t)(+r
{ 7-*=|gl+
public : V%NeZ1{ e
template < typename T > %
frfSGf.#
struct result_1 Sh&PNJ-*
{ ho.(v;
typedef T & result; a#[-*ou`
} ; VkZ.6kV
template < typename T1, typename T2 > =Op+v"
struct result_2 `1+F,&e
{ _<*Hv*Zm
typedef T1 & result; 2K{6iw"h
} ; uMmXs%9T
template < typename T > <f>akT,W
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const M%`\P\A
{ E[g*O5
return (T & )r; QlEd6^&
} vH[Pb#f-
template < typename T1, typename T2 > {mTytT
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 42+#<U7T
{ ;Ii1B{W
return (T1 & )r1; _#C()Ro*P
} :P+\p=
} ; fU+Pn@'
p|[B
=.c{
template <> Q(Gl{#b
class holder < 2 > nwmW.(R4
{ GF$`BGW
public : igC_)C^i>
template < typename T > PaWr[ye
struct result_1 $`J_:H%
{ #07!-)Gv
typedef T & result; xDLG=A%]z
} ; /+|#^:@
template < typename T1, typename T2 > =L]Q2V}
struct result_2 !{%&=tIZ
{ !3qVB
typedef T2 & result; =#xK=pRy;
} ; o{WyQ&2N
template < typename T > n<7q`tM#
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const v)X\GmW7w
{ W+=o&V
return (T & )r; *d*,Hqn
} hdma=KqZ(
template < typename T1, typename T2 > _NZ@4+aW
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const `{Tk@A_yd
{ p/GVTf
return (T2 & )r2; bPbb\|u0d
} '{b1!nC;
} ; s60
TxB
L{fFC%|l2L
Hi}RZMr1
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 $E!J:Y=
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: j\&pej
首先 assignment::operator(int, int)被调用: # Su~`]
tJ0NPI56yP
return l(i, j) = r(i, j); cr;`Tl~}s
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) +^|iZbZKx
aSutM
return ( int & )i; 0<p{BL8
return ( int & )j; v6=-g$FG
最后执行i = j; R[B?C;+(O
可见,参数被正确的选择了。 EnVuD
9
pY"O9x
98XVa\|tl
>SbK.Q@ei
)Kd%\PP
八. 中期总结 "sUyHt -&
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: h*i9m o
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 C})'\1O%
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 aHzHvl
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor b;cMl'
E%N2k|%8d_
zZ-\a[F
cmwPuK$
kFLB> j97
5\fCd|
九. 简化 dtt ~ Bd
很明显,要支持一个操作符所要做的工作太多了,而且在每个functor中申明result_1至result_n,可见如果n发生变化,维护的开销极大。 cC{"<fYF
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 0%`4px4J
首先,我们注意到result_x的形式很统一。对于各种操作符,其返回值无非下列几种: :mcYZPX#
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 zbkMFD.{y
+-*/&|^等 }f}}A=
2. 返回引用。 %kshQ%P)?
=,各种复合赋值等 Q>< 0[EPj3
3. 返回固定类型。 <.K4JlbT
各种逻辑/比较操作符(返回bool) 9LJZ-/Wq
4. 原样返回。 YX*x&5]lq
operator, 8+Llx
5. 返回解引用的类型。 c3%@Wj:fo
operator*(单目) "/{RhY<
6. 返回地址。 NQHz<3S[
operator&(单目) 8jlLUG:g
7. 下表访问返回类型。 yY).mxRN
operator[] ;E^K.6
8. 如果左操作数是一个stream,返回引用,否则返回值 ZJW[?V\5=
operator<<和operator>> >/$Fh:R-
e.d
#wyeX
OK,这样我们将返回值类型总结为以上8种,就可以将各种result_x从functor中剥离出来了。 bpAv1udX-W
例如针对第一条,我们实现一个policy类: nAJdr*`a,5
V N{NA+I
template < typename Left > h&