一. 什么是Lambda yq^Ma
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ~gNFcJuy
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, +PKsiUJ|
Y}<%~z#.4
YV@efPy}n
B##X94aTT
class filler 3hUP>F8
{ VRD^> Gi
public : DGS,iRLnA
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 2\gIjXX"
} ; ?N!kYTR%}
~#}T|
8VO];+N
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: K(d+t\ca
~<_WYSzS
-%^'x&e
pv-c>8Wb6
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); DL!%Np?`
2' ^7G@%
K,%CE
].
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 d2-oy5cEB
.V3e>8gw3
W}MN-0
?A*!rW:l;
二. 战前分析 G'(rjH>q
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。 ,wBfGpVb
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 Zzz94`
._`rh
&oy')\H
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); W7!iYxO
/* --------------------------------------------- */ w1aoEo "S
vector < int *> vp( 10 ); ylQj2B,CB
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); SO[ u4b_"h
/* --------------------------------------------- */ xk7Dx}
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); *kYGXT,f]
/* --------------------------------------------- */
P +OS
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); PiCGZybCA
/* --------------------------------------------- */ D3P/: 4
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); t4/ye>P &
/* --------------------------------------------- */ }<l:~-y|
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); !@N?0@$/
uN>5Eh&=Pf
C_8_sbZ/
Q>rr?L`
看了之后,我们可以思考一些问题: cY kb3(
1._1, _2是什么? >!a- "
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 RtpV08s\
2._1 = 1是在做什么? W g6H~x
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 iemp%~UZ
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 RwOOe7mv
SPt/$uYJ
|g!d[ct]
三. 动工 N2duhI6
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: V %D1Q}X
nb<o o:^
jC{KI!kPt
TO"Md["GI
template < typename T > #d-zH:uq
class assignment eNVuw: Q+
{ u'>94Gm}
T value; A>2 _I)
public : NMf#0Nz-
assignment( const T & v) : value(v) {} g=@d!]Z~[
template < typename T2 > ^+CHp(X
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } @|Yn~PwKs
} ; ka8Y+Gs
b.@4yW
m_@XoS
yxI
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 0< vJ*z|_
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment !Hl] &
ov;^ev,(
xy"'8uRi
q#8yU\J|,
class holder 2.b,8wT/
{ WulyMcJ
public : bE'{zU}o
template < typename T > 0gaHYqkA>}
assignment < T > operator = ( const T & t) const yGAFQ|+
{ ^7YNM<_%@
return assignment < T > (t); )Se$N6u-
} Rb&9!z
} ; CEc(2q+%i
]77f`<q<}!
[WG\wj.
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: *qk7e[IP
liH#=C8l*%
static holder _1; 'Kbrz
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 wL="p) TO.
n-l_PhPQ`
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); CW?Z\
而不用手动写一个函数对象。 h@G~'\8t
83t/\x,Q
cGgfCF^`
?Y,^Moc:
四. 问题分析 'xxM0Kn`
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 7H< IO`
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 *URT-+'
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 tzIP4CR~F&
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 "V26\
下面我们可以对这几个问题进行分析。 p'2IlQ\
9*ZlNZ
五. 问题1:一致性 >$L7J=Em
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?| E1OrL.A6
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 mY4pvpZw8
;<m`mb4x[
struct holder 7_76X)gIV
{ Hcu!bOQ
// d8w3Oz54
template < typename T > \WE&5
9G
T & operator ()( const T & r) const ~U"m"zpLP
{ ?dCwo;~
return (T & )r; PRaVe,5a
} d9;&Y?fp
} ; &|#[.ti1
2(@2z[eKr
这样的话assignment也必须相应改动: xwof[BnEZ
6{1=3.CL
template < typename Left, typename Right > {> msE }L
class assignment ; /K6U
{ 9|Jv>Ur=)2
Left l; &TQ~!ZMOR"
Right r; \+O.vRc"M
public : Z6i~Dy3
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Nn FR;
template < typename T2 > R2sG'<0B0
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } [B)!
} ; ~at@3j}W
fP|[4 ku
同时,holder的operator=也需要改动: f/#Id]B
'A7!@hVy
template < typename T > n2B%}LLa
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const
1?FG3X 5
{ DMG~56cTO,
return assignment < holder, T > ( * this , t); Jp]?tlT
} KxX [8
iiIns.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。 _Ik?WA_;
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 bAZoi0LR
m]>zdP+
return l(rhs) = r; e!*]y&W
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。 QTi@yT:
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: -?)^
hbr
+yWD>PY(
template < typename Tp > m.Zy$SDj(
class constant_t y2#>a8SRS
{ nJN-U+)u
const Tp t; dnoF)(d&Cm
public : K!&W} _@l
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} <lf692.3
template < typename T > $e7%>*?m
const Tp & operator ()( const T & r) const oR2?$KF
{ {k_\1t(/
return t;
^rVHaI
} U`qC.s(L
} ; c.IUqin
znsQ/[
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 w8 :[w
下面就可以修改holder的operator=了 JfN
'11,$
y%i9 b&gDd
template < typename T > Qq`S=:}~x
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const .))jR:{3
{ =eU=\td^
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); vY m:V:7Y2
} Za{O9Qc?D|
8c)GUx
同时也要修改assignment的operator() nD
BWm`kN
$45|^.b
template < typename T2 > X+XDfEt:Q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } -K=.A*}
现在代码看起来就很一致了。 9Q4{ cB
{fACfSW6
六. 问题2:链式操作 F(ydqgH~a
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Hp=BnN
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。 qhxMO[f
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。 FprdP*/
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。 ]{6/6jl
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 6~%><C
?;CIS$$r
template < typename T > TUnAsE/J&
struct result_1 iN
Oj@3x
{ w<`0D)mQ
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 8)1q,[:M
} ; SPb+H19;
0* F` h
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:
^^"zjl*^
t8-Nli*O
template < typename T > )hrsA&1w
struct ref b_~XTWP$l
{ \nEMj,)
typedef T & reference; RBrb7D{
} ; ~ps,U
template < typename T > hAf/&yA@
struct ref < T &> Z8$BgP
{ R BHDfm'~7
typedef T & reference; P!+Gwm{
} ; MT~^wI0a
!YAX.e
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 7?whxi Qs
#]jl{K\f#X
template < typename T > ,6{z
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const e' l9
{ ruGJZAhIA^
return l(t) = r(t); yk8b>.Y\A
} x8@ 4lxj
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。 + kKanm[!v
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 2]mV9B
"++\6H<
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 1@L18%h
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: w&L~+Z<
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 O.B9w+G=
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 P_A@`eU0
最后的布局是: dzOco)y
Add 3LET zsJ
/ \ JI.=y5I
Divide 5 .gg0rTf=-
/ \ 6U ! P8q
_1 3 vd lss|
似乎一切都解决了?不。 DSwb8q
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。 dB_0B.
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。 J]TqH`MA
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: _l7_!Il_
e|{R2z"^
template < typename Right > (Y)2[j
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const OWewV@VXR
Right & rt) const `CVkjLiy
{ &'>m;W
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Kz42AC
} z='%NZY
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 0beP7}$
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。 /X_L>or
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。 #Q!Xz2z2
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。 m:h6J''<Z*
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。 o+Jnn"8
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? AZQQge
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}HF
a|z-EKV
template < class Action > OlCqv-B2&
class picker : public Action "HJ^>%ia
{ x\G%
public : v%qOW)].
picker( const Action & act) : Action(act) {} I/njyV)H
// all the operator overloaded u"qVT9C$=
} ; /8e}c`
cRf F!EV
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。 '{2]:
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: S&}7XjY
[bHm-X]
template < typename Right > ~g=&wT11
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const *,Bm:F<m
{ U}jGr=tu
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); R0INpF';
} h}@wPP{
3FR(gr$X
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > -Rw3[4>@O"
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。 '*y(F*7+
OCrTzz8
template < typename T > struct picker_maker <ZSXOh,'
{ `w
6Qsah
typedef picker < constant_t < T > > result; jcqUY+T$
} ; 44*#qLN
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > @6G)(NGD
{ SvSO?H!-
typedef picker < T > result; u&Ic
} ; veq3t$sj
A8&@Vxdz
下面总的结构就有了: ! :]_-DX
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。 #$BFTlm|
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。 }eVDe(7_
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ch8VJ^%Ra1
至此链式操作完美实现。 4uiq'-
cIw X sx
w317]-n
七. 问题3 ="$w8iRU
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。 67rY+u%
r[!~~yu/o
template < typename T1, typename T2 > )58O9b
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 06&;GW!-
{ W$`v^1M2o
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); `e,}7zGR
} jz<}9Kze
qkhre3
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: s8,YQ5-
eWDXV-xD
template < typename T1, typename T2 > uNn1qV
struct result_2 4JK6<Pk
{ nCi
]6;Y
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; hOB<6Tm[
} ; Ll=G+cw6P
+1T>Ob;hk
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? G K~A,Miqk
这个差事就留给了holder自己。 !d()'N
r:V
bjmL
L!xFhVA<
template < int Order > Q (f0S
class holder; Dh`&B
template <> _5 SvZ;4
class holder < 1 > 7310'wc
{ :Ob4WU
public : o?}dHTk7
template < typename T > T@ESMPeU:X
struct result_1 k4$zM/ob
{ q+9^rQ
typedef T & result; AVjRhe
} ; 9R$$(zB 1;
template < typename T1, typename T2 > n@+?tYk*e
struct result_2 .eIs$
{ g5|&6+t.
typedef T1 & result; "m^gCN}c
} ; qe&|6 M!
template < typename T > ynA_Z^j
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 75;RAKGi
{ Xd:{.AXW
return (T & )r; i{EQjZ
} ]@9W19=P!P
template < typename T1, typename T2 > q*lk9{>
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const P\Qvj7_
{ YMu#<ZG
return (T1 & )r1;
=iW hK~S
} RCTqV.L
} ; CfW#Wk:8J
_XZK2Q[
template <> q}Po)IUT`5
class holder < 2 > {BlTLAKm
{ s7yKxg+`{
public : !y_L~81?
template < typename T > )>h3IR
struct result_1 )*}\fmOv{
{ 0Lj;t/mG
typedef T & result; !PoyM[Z"f
} ; ^
q ba<#e
template < typename T1, typename T2 > iWeUsS%zpV
struct result_2 5)f 'wVe
{ LNJKf6:
typedef T2 & result; huv|l6
} ; 8*8Y\"
template < typename T > e/Z{{FP%6
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 6?}|@y^fb
{ ,2!7iX
return (T & )r; 1.p?1"4\u
} BsXF'x<U*
template < typename T1, typename T2 > (zsmJe
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const aW:*!d#
{ >AV9 K
return (T2 & )r2; 3q/"4D
} j6^.Q/{^
} ; ^kK")+K
pWzYC@_W
!N+{X\+
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> >。 #(qvhoi7lM
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: JUw|nUnl?
首先 assignment::operator(int, int)被调用: NUiv"tAY
r^.9
|YM5
return l(i, j) = r(i, j); o]p$
w[5
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) o!h::j0,~
w$$pTk|&n
return ( int & )i; "d/54PKWx
return ( int & )j; T#rUbi>""
最后执行i = j; I|*<[/)]y
可见,参数被正确的选择了。 Z]LP18m9kl
/b{@']
#pRbRT9
~Fvz&dO
3U?gw!M>
八. 中期总结 "=]'"'B:
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: 0KExB{ K
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 )]Zdaw)X
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 w@WtW8
p^
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor w`boQ_Ir
Y_$!XIJ4
)LG!"~qiz
) 5`^@zx
~yN>9f U
b6e2a/x
九. 简化 HHyN\
很明显,要支持一个操作符所要做的工作太多了,而且在每个functor中申明result_1至result_n,可见如果n发生变化,维护的开销极大。 g[b;1$
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 pPs TgGai
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: a)Ht(*/B
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 hHMp=8J7
+-*/&|^等 h{yh}04P1
2. 返回引用。 )sIzBC
=,各种复合赋值等 {nZP4jze
3. 返回固定类型。 &K