一. 什么是Lambda ixiRFBUcF~
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 w'M0Rd]
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, FD_0FMZ9,
0%FC;v0
?\$77k
{!^HG+
class filler U@f3V8CPy
{ ?3KI}'}EM
public : jGI!}4_
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} aM? 7'8/
} ; '-w G
J5J3%6I
EF)kYz!@
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: c~RElL
y*Ex5N~JC
PK3T@Qv89
+|#sF,,X4g
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); E6)FYz7x
Ku,Efr
Y ;&Cmi
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Ks7s2 vK^
/8W}o/,s5
dP)8T
+qsdA#2
二. 战前分析 uT;Qo{G^
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。 1+#Vj#
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 PJkMn
-iH/~a
H7qda'%>
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ynP^|Ou
/* --------------------------------------------- */ rK=[&k
vector < int *> vp( 10 ); qViky=/-
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Y
3KCIL9
/* --------------------------------------------- */ i>)Whr'e8
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); D\*raQ`n
/* --------------------------------------------- */ ]BAF
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); &
NOKrN~HX
/* --------------------------------------------- */ <YJU?G:@
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Yl-09)7s
/* --------------------------------------------- */ 5r
zB"L
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); X/gh>MJJ<
",Q \A I
!EpP-bq'*
>2VB.f
看了之后,我们可以思考一些问题: hCr7%`
1._1, _2是什么? }s{zy:1O
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。 qx_+mCZ
2._1 = 1是在做什么? z)|56
F7'
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。 r T*:1
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。 |&RdOjw$u
,3fw"P$
m?<C\&)6x
三. 动工 |dX#4Mq^,
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: NO* 1km[#
/}M@
@W
u{>5
rxa8X wo8
template < typename T > _HGDqjL
class assignment hrcR"OZ~X
{ )QI]b4[
T value; d>vGx
public : H,H'bd/
assignment( const T & v) : value(v) {} 2@e<II2ha8
template < typename T2 > Itz_;+I.Mp
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } NaVZ)
} ; +;cw<9%0
Yj0Ss{Ep
H3a}`3}U
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 U4LOe}Ny
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment aNXu"US+Sp
%X[|7D-
(V e[FhA
=BX<;vU
class holder QKOo
#7
{ 7J>n;8{%?
public : lZ_i~;u4@v
template < typename T > bcj7.rh]'h
assignment < T > operator = ( const T & t) const 9 .%{M#j
{ W"wP%
return assignment < T > (t); Keof{>V=CA
} cm7aL%D$c
} ; vhhsOga
#~p1\['|M
.}CPZ3y
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: i 3?zYaT
;'vY^I8-L
static holder _1; 1Z`<HW"
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Q>Q$BCD5
>Y{.)QS
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); .[O*bk
而不用手动写一个函数对象。 T+2?u.{I
vQIoj31
*5|\if\
pQEHWq"Q
四. 问题分析 rcQ?E=V2O
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 {kZhje^$vi
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。 i[jAAr$
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 @~a52'\
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ?<F\S2W
下面我们可以对这几个问题进行分析。 g<.VW0
|5![k<o#
五. 问题1:一致性 DQ'+,bxk=9
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?| vx-u+/\
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Iqo4INGIi
<ygkK5#q
struct holder k87B+0QEL
{ 1~5={eI
// Qiw Zk<rb
template < typename T > \h
#vL
T & operator ()( const T & r) const KWN&nP
+
{ l"ih+%S
return (T & )r; tnKzg21%
} 0BVMLRB
} ; 5IMh$!/uc
!_V*VD
这样的话assignment也必须相应改动: +o_`k!
ZC0F:=/K
template < typename Left, typename Right > jkPXkysm
class assignment XPX{c|]>.
{ q:nYUW o
Left l; p]pFZ";70
Right r; m0\(a_0V
public : qe\j$Cjy
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 9`c :sop
template < typename T2 > ^. Pn)J
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ]HCt%5
} ; k,q` ^E8k
O
gycP4z[
同时,holder的operator=也需要改动: WddU|-W
NU_VUd2
template < typename T > KE(kR>OB]
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const LXw&d]P
{ rVf`wJ6b
return assignment < holder, T > ( * this , t); $1UN?(r
} R\X=Vg
>GZF\ER
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ?mF-zA'4]
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 mXa1SZnE
GU"MuW`u2
return l(rhs) = r; 'l<kY\I!%
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 =@ON>SmPs
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: *4.f*3*
@];Xbbw+c
template < typename Tp > Y
@K9Hl
class constant_t kW/ksz0)
{ Kk??}
const Tp t; b!UT<:o
public : {`1zVT p[<
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} [i&tE.7
template < typename T > lUWjm%|
const Tp & operator ()( const T & r) const Q>z0?%B
{ B"{CWH O
return t; %`gqV9a
} 6o6m"6
} ; KXdls(ROP
8(S'g+p
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 D{G#|&;
下面就可以修改holder的operator=了 &os*@0h4
]n!pn#Q
template < typename T > `d8$OC
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const &,K;F'
{ !X#=Pt[,
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); U>:p`@
} A}oR,$D-
cvc.-7IO
同时也要修改assignment的operator() 'MC)%N,
47t^{WrT
template < typename T2 > 9N-mIGJ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } LWIU7dw
现在代码看起来就很一致了。 ]aaHb
Lqz}h-Ei
六. 问题2:链式操作 >Axe7<l
现在让我们来看看如何处理链式操作。 i>0bI^H
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 XSZW9/I-(|
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 vbA9V<c&
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 Be}Cj(C
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 1FY^_dvH
=I*"vwc?
template < typename T > 7eu7ie6
struct result_1 EI/_=.d
{ g:OVAA
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; xx41Qw>\W
} ;
beO*|
I-+D+DhRx
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: WxIP~
P:CwC"z>sS
template < typename T > L18Olu
struct ref McA,
{ i%-c/ lop
typedef T & reference; }.e*=/"MB
} ; a:@Eg;aN*O
template < typename T > a*vi&$@`Z1
struct ref < T &> Y}F+4
{ ==|//:: \
typedef T & reference; JqFFI:Q5a
} ; Z/a]oR@
*jDzh;H!w
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: >5XE*9
Xf$,ra"
template < typename T > kbOo;<X9A
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const VE{t]>*-u
{ \t )Zk2
return l(t) = r(t); 79S=n,O
} ]Ub?Wo7F?
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 Tw|=;m
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 KS%xo6k.
Is%-r.i
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 u,/PJg-(!
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Q%KS$nP9
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 {AQ3y,sh
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 6``!DMDt/P
最后的布局是: &4p:2,|r9
Add \}G/F!
/ \ UJlKw `4
Divide 5 C+2*m=r
/ \ T;.#=h
_1 3 +vZ-o{}.jO
似乎一切都解决了?不。 -_A0<A .
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。 ? NVN&zD]
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。 pGUrYik4
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: C2bN<K
W!+5}\?
template < typename Right > z)Bc91A
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const N{oD1%
Right & rt) const $FCLo8/=
{ Jf4D">h
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); `"/@LUso
} 6Pd;I,k
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Pm
V:J9
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 {6v+
Dz>
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 !a4pKN`qLY
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 s6!aGZ
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 5f}wQ
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? !=eui$]
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: s _p?3bKu
+*F ;l\R
template < class Action > eX$u
class picker : public Action M0n@?S
{ 265df
Y9Pu
public : m!w(Q+*j
picker( const Action & act) : Action(act) {} JAc-5e4
// all the operator overloaded \%rX~UhZ=
} ; 9?@M Zh
sIg{a(1/
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。 q[7C,o>/
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: Z*x Q"+\
i>>_S&!9p
template < typename Right > p\F*Y,4
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const '}]w=2Lf
{ mI?AI7DqK
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 57rc|]C
} t"JfqD E
yj"+!g
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > OG/R6k.
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。 `3\5&B