一. 什么是Lambda 2;h+;G
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ;xI0\a7
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, _^-D _y
p $XnOh
Qqh^E_O
g kn)V~ij
class filler p_;r%o=
{ D>S8$]^Dm
public : '?b\F~$8
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} <a fO 6?`
} ; ~7dF/Nn5
oHk27U G
[)0
R'xL6
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: y%FYXwR{
gz#+
sX
Z4U0#
zNwc((
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ,k\/]9
t)KPp|&
,,7.=#
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 l*qk1H"g
\UhGGg%
X4Lsvvz%@
yj'Cy8
二. 战前分析 `LqnEutzc
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。 \Me"'.F?
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 eA1'qww"'
q{[1fE"[K4
HMhLTl{;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); !@A|L#*
/* --------------------------------------------- */ ps"9;4P
vector < int *> vp( 10 ); Vl-D<M+ih
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ;tm3B2
/* --------------------------------------------- */ zWJKYF qK
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Ls(&HOK[p
/* --------------------------------------------- */ JOPTc]
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); !#C)99L"F
/* --------------------------------------------- */ o16d`}/<
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); T:Bzz)2/
/* --------------------------------------------- */ eXc[3ceUr
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 5R)[Ou.
RZ<.\N
(M
":nI_~q
=?^-P{:\?
看了之后,我们可以思考一些问题: ,Io0ZE>`V
1._1, _2是什么? NWeV>;lh9
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。 [@x
2._1 = 1是在做什么? t&38@p
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。 uht(3
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。 $vz_%Y
2UQN*_
X,&`WPA:S
三. 动工 0,bt^a
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: V, E9Uds
*Gf&q
=Z^un&'
)eVzS j>MT
template < typename T > zI(xSX@
class assignment 5[1@`6j
{ ixg\[5.Q+
T value; n<=y"*
public :
Ca$y819E2
assignment( const T & v) : value(v) {} t`h_+p%>
template < typename T2 > Hi$#!OU
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } `Yg7,{A\J
} ; \MF3CK@/
)8 oEs
gh.w Li$+
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Q=^ktKMeR
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 9fCiLlI
ZBPd(;"x+
LAj}kW~
=CWc`
class holder bN]\K/
{ O}e|P~W
public : (\T8!s{AO
template < typename T > w{RNv%hJ$=
assignment < T > operator = ( const T & t) const q/A/3/
{ O 0Vn";Q 4
return assignment < T > (t); )j]gm i"
} V|+ `L-
} ; HI}pX{.\
Z3OZPxm
,G/\@x%
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: 8}Fw%;Cb
zuK/(qZ
static holder _1; z]'|nX
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 |~7+/VvI+
USlF+RY@3L
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); B?$S~5
}
而不用手动写一个函数对象。 +ZY2a7uI
b5lk0 jA
:y4)qF
<)r,CiS
四. 问题分析 0*/mc9 6
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 (xI)"{
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 Tnzco
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 z4 GN8:~x
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 AN|jFSQ'
下面我们可以对这几个问题进行分析。 4he v
;
Z&AHM &,yj
五. 问题1:一致性 Np|:dP9#}
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 6-)7:9y
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 =x|##7
Bl>_&A)
struct holder ho?|j"/7
{ Oz"@yL}
//
e-L5=B
template < typename T > 67Af} >Q
T & operator ()( const T & r) const XLkL#&Ir
{ T*7S;<2
return (T & )r; e[d7UV[Knn
} 6ON
} ; 'w>uFg1.
=; ~%L
这样的话assignment也必须相应改动: 6i*ArGA
V+4k!
template < typename Left, typename Right > ">0/>>Ry
class assignment d
A_S"Zc
{ eO|^Lu]+
Left l; '6Pu[^x
Right r; #u}v7{4
public : .0R/'!e
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 9,Crmbw8
template < typename T2 > @lb=-oR!~
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } "1gk-
} ; 2?#y
|/
M"$jpBN*
同时,holder的operator=也需要改动: pfJVE
3Hb .ZLE#
template < typename T > pIU#c&%<9
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Zztt)/6*
{ pq/FLYiv
return assignment < holder, T > ( * this , t); >oM9~7f
} lOowMlf@2
?~]1Gd
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。 1j${,>4tQ
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 e')&ODQ H
#Tgz,e9
return l(rhs) = r; ~PU1vbv9T
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 h%CEb<
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Knw'h;,[
_D7HQ
template < typename Tp > H3UX{|[
class constant_t L.I}-n
{ 34++Rr [G
const Tp t; Mc#O+'](f
public : vV:MS O'r
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} WwCK K
template < typename T > qH{8n`
const Tp & operator ()( const T & r) const -Y
6.?z
{ 8JjU 9#
return t; ^t/'dfF
} `a/PIc"
} ; 1drqWI~
WIH4Aw
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 fY,@2VxyfA
下面就可以修改holder的operator=了 OI]K_ m3
4$q)e<-
template < typename T > ^J#*n;OQ3A
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Ht=6P)
{ m_r@t*
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); x[.z"$T@
} r[UyI3(i^
b.%B;qB
同时也要修改assignment的operator()
alb+R$s
]"2 v7)e
template < typename T2 > 3 -_U-:2"
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } :xAe<Pq
现在代码看起来就很一致了。 Z)6nu)
ZB_16&2Ow
六. 问题2:链式操作 **w*hd]
现在让我们来看看如何处理链式操作。 W O+?gu
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。 #<WyId(
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。 5u
u2 _B_L
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。 3wa<,^kqy
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct r:8]\RU
]\os`At
template < typename T > :>er^\
struct result_1 \0^r J1*
{ NZ%~n:/V#
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ?V\9,BTb)
} ; KHc/x8^9
"[".3V
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: }G,SqpcG
@6i8RmOu}
template < typename T > &=6cz$]z
struct ref UVoLHd
{ /F8\%l+
typedef T & reference; #by9D&QP]
} ; jt10gVC
template < typename T > ^b `>/>
struct ref < T &> [WO%rO^p
{ MRVz:g\mi
typedef T & reference; )o'U0rAx|a
} ; &"H<+>`
x9o^9QJh
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: xJH9qc ME
-Y jv&5
template < typename T > 0@mX4.!
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const l~Wk07r3
{ yZ(Nv $[5
return l(t) = r(t); yK>0[6l
} q:~`7I
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 5S-o
2a
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 YL&b9e4
1UA~J|&gi^
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 /nD0hb
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: M5ySs\O4
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 lA
Ck$E
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 x}8T[
最后的布局是: sKG~<8M}
Add i37a}.;
/ \ Y5A~iGp8E
Divide 5 VqO<+~M,E
/ \ Qdx`c^4m
_1 3 X5oW[
似乎一切都解决了?不。 X^_+%U
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。 xO9]yULgu
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。 e=F( Zf+1^
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: 9snyX7/!L
'__3[D
template < typename Right > _]~ht H
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const NV:XPw/
Right & rt) const A@
{ |<Dx
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); <}Wy;!L
} lTOM/^L
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 .L(j@I t
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。 18w^7!F?~u
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。 ao";5m
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。 O]%m{afM
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。 a_iQlsU
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? xP/1@6]_Je
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: |`t!aG8
C7 &
6rUX
template < class Action > A7,$y!D
class picker : public Action 2p;}wYt
{ RnBmy^l"
public : Sp$x%p0
picker( const Action & act) : Action(act) {} C=_-p"O#
// all the operator overloaded +D-+}&oW
} ; \F+o=
% x*Ec[l
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。 3ws(uF9$
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: Iv|WeSL.
"KI,3g _V
template < typename Right > 5@Lxbe(
q
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 0)Um W{
{ VU0tyj$
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); GqD!W8+
} Lvj5<4h;
m<'xlF
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Md?bAMnG+}
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。 _kY[8e5
dV=5_wXZ$
template < typename T > struct picker_maker [Fj#7VZK
{ pA,EUh|H
typedef picker < constant_t < T > > result; uj1E*
98m
} ; e}4^N1'd/
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > cxJK>%84
{ I/b8
typedef picker < T > result; $\@ V4
} ; ,t&-`U]AX
~md|k
下面总的结构就有了: ^FMa8;'o
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。 NUnc"@
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。 @)'@LF1Z
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 F)iGD~
至此链式操作完美实现。 >/`cmNmb
bq&S?! =s
N[bf.5T
七. 问题3 <w2NJ~M^
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。 6.7Kp
|{LaZXU &
template < typename T1, typename T2 > Y&