一. 什么是Lambda a*4"j2j v
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 !'uLV#YEZ
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, q^{Z"ifL
HI}$Z=C
]RYk Y7>`
cSdkhRAn
class filler U?/UW;k[
{ =n
$@
public : |Ad1/>8i
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} )
V}q7\G~
} ; Izrf42 >k
_4E .
P
-fF1vJ7L
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: )c9]}:W&
uQy5t:!
">b~k;M?
99Xbp P55
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); -VK6Fq
NwQexYm1_
RG(m:N
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 nnBgTtsC]
] iKFEd
ESOuDD2<
GH%'YY3|
二. 战前分析 {"33 .^=
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 bXcDsP$.
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 x?Wt\<|h!
jRz2l`~7#
mT
N6-V
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); jF}zv
/* --------------------------------------------- */ YJgw%UVJ5m
vector < int *> vp( 10 ); bH7[6#y$
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); z-G|EAON"/
/* --------------------------------------------- */ iQ=
%iou
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); \jn[kQ+pJ
/* --------------------------------------------- */ j=v 1:E
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); NN5V|#
P}
/* --------------------------------------------- */ V43pZ]YZ>
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Y""-U3;T~
/* --------------------------------------------- */ Vv(!Ki}
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); \GtZX!0
*[*E|by
H~-zq}4
yhr\eiJ@6
看了之后,我们可以思考一些问题: N"|^AF
1._1, _2是什么? t1HUp dHY
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。 RMB?H)p+
2._1 = 1是在做什么? *AXu_^^
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。 jY-i`rJN
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。 "s$v?voo
D={|&:`L e
]*{QVn(
三. 动工 k/nOz*
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: zypZ3g{vz
Ah)OyO6
ErF;5ec
-tT{h4
template < typename T > <FH3ePz
class assignment L>{E8qv>w
{ x]%e_
T value; h$ M+Yo+
public : CogLo&.
assignment( const T & v) : value(v) {} pTZPOv#?Q
template < typename T2 > JnCY O^Qj
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } #{(?a.:
} ; iR4CY-
+SM $#
>q
<,FY!A
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 </<_e0
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 1rC8]M.N
oUZwZ_yKW
5(>m=ef"
pRXA!QfO
class holder mKZ?H$E%%
{ >82Q!HaH
public : !.L%kw7z
template < typename T > ?7G?uk]3,@
assignment < T > operator = ( const T & t) const .CI]8O"3y
{ G5zZf~r
return assignment < T > (t); z>k6 T4(
} ezlp~z"_k
} ; 2Iz@lrO6
<PW*vo9v
? $pGG
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: FHM^x2
BmUEo$w
static holder _1; j]J2,J
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 KBzEEvx/$
Mim 9C]h(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); m*P~X*St
而不用手动写一个函数对象。 'm}~
\UJ:PW$7
P>L-,R(7e
3w{4G<I
四. 问题分析 "rc}mq
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 Q(AOKp,F
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ?Pl>sCFm~
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 l/LRr.x
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 &[I#5bGk
下面我们可以对这几个问题进行分析。 n5S$Dl
&z{oVU+mA
五. 问题1:一致性 @[zPN[z.
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?| ~u%9@}Oo>
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 nT|fDD|
VbBZ\`b
struct holder kp<9o!?)
{ Zi7(lG
// 0plRsZ}
template < typename T > kf>'AbN
T & operator ()( const T & r) const TKoO\\
{ JEY%(UR8
return (T & )r; s26s:A3rh
} Gpe h#Q4x
} ; }}grJh>tGg
o1zc`Ibd
这样的话assignment也必须相应改动: M/d!&Bk
F1Egcx/$V
template < typename Left, typename Right > *PL+)2ob
class assignment c)@M7UK[
{ b)@D*plS&
Left l; BHZGQm
Right r; .h~)|"uzW
public : P|HY=RMa
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ?/#HTg)!B
template < typename T2 > An]*J|nFIY
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } e;rs!I!Yw
} ; 'O\K Wj{
oH6(Lq'q
同时,holder的operator=也需要改动: JEJ]'3
[`ttNW(_
template < typename T > CoJaVLl
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const _?q\tyf3
{ webT
return assignment < holder, T > ( * this , t); (CZRX9TT1
} -iH/~a
Vx* =
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 9Eg'=YJ
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 *WX6C("M
dhm;
return l(rhs) = r; wy) Frg
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 NTAPx=!1*
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ZP%^.wxC
P.;B
V",
template < typename Tp > 4,$x~m`N
class constant_t }s{zy:1O
{ #XJYkaL
const Tp t; r T*:1
public : ;2dhue
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} %gw0^^A
template < typename T > w:N\]=Vh
const Tp & operator ()( const T & r) const >xP $A{
{ 2d$hgR#v
return t; 3)Paf`mr
} rxa8X wo8
} ; Nu9mK
)QI]b4[
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 d(To)ly.
下面就可以修改holder的operator=了 ZB ~D_S
[ HNGTde&
template < typename T > cp.)K!$
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ^8V]g1]fiG
{ Q3oVl^q
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); j/^0q90QO
} 38Wv&!
+(|T\%$DT
同时也要修改assignment的operator() TAzhD.6C
bcj7.rh]'h
template < typename T2 > u[d8)+VX
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } \W1?Qc1]
现在代码看起来就很一致了。 y!aq}YS
^$x^JM ]/
六. 问题2:链式操作 t~@TUTbx
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ;'vY^I8-L
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。 Q*KEODR8\
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。 \".3x
PkE
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。 =cRJtn
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct gCwg ;c-
)cOm\^,
template < typename T > 2I>C A[qp
struct result_1 =VY[m-q5
{ 40q8,M
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; pV>/"K
} ; ;o8cfD .z
vx-u+/\
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: /{qr~7k,oQ
k (
R
template < typename T > 2@^8{
struct ref eKLxNw5
{ M}@^8
typedef T & reference; yY,.GzIjCj
} ; uOBpMAJ
template < typename T > $9ON3>
struct ref < T &> |dXS+R1
{ }-8K*A3
typedef T & reference; =ohdL_6
} ; |4-Ey! P
e#W@ep|n
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Wxp^*._q3I
GH:Au
template < typename T > lYy0
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const BJlF@F#
{ }25{"R}K
return l(t) = r(t); ][_:{ N/
} /nC"'d(#
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 "w_(p|c m=
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 y8,es$
v_G4:tY
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 ^{Mx?]z
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: r{Fu|aoa;5
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 0e/~H^,SQ
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 )fCl <KG*
最后的布局是: LFh(.
}
Add {`1zVT p[<
/ \ [vIO
Divide 5 Q>z0?%B
/ \ =zbrXtp,
_1 3 6o6m"6
似乎一切都解决了?不。 /=-E`%R}!
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。 T>LtN
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。 oTfEX4 t {
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: 1zl@$ Nt
VT0I1KQx.
template < typename Right > y6G[-?"/Q
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 6%fU}si,
Right & rt) const B|!YGfL
{ i2swots
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); LWIU7dw
} >0~y"~M
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 `%rqQnVB
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。 Cu9,oU+N
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。 AoTL)',
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。 x#pTB.
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。 W]reQ&<Z
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? cL`l1:j\}
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: "_5av!;A
g
6idYz"P %
template < class Action > +n%WmRf6!
class picker : public Action Zb}=?fcL;@
{ uT;9xV%ch
public : R=PjLH&)
picker( const Action & act) : Action(act) {} PRf2@0ZV
// all the operator overloaded ^>]p4Q3 6
} ; k.0$~juu
,!Ah+x
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 #mtlgK'
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: <v0 d8
;.m"y-
template < typename Right > =FdS'<GM
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ];(w8l
{ ~9x$tb x-
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); *y.KD4@{
} u*PN1E
CQ13fu+|6
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > $'kIo*cZ
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 [?]s((A~B
6``!DMDt/P
template < typename T > struct picker_maker Rrk3EL
{ G?YKm1:w
typedef picker < constant_t < T > > result; dZ;csc@xv
} ; yPuT%H&i
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > .!=2#<
{ {fk'g(E8([
typedef picker < T > result; ?2DYz"/')
} ; iv3NmkP1
uvZ|6cM
下面总的结构就有了: Jfo#IRC
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 "EHwv2Hm>
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 Hz+edMUL
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 !a4pKN`qLY
至此链式操作完美实现。 lts{<AU~
WEWNFTI
CCQ<.iCU
七. 问题3 P62g7>B5^
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 eX$u
P(qUx9
template < typename T1, typename T2 > (w)Qt/P^4
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const xUzfBn
{ o3j4XrK
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); B!rY\ ?W
} Z*x Q"+\
$Jx]
FZDQ
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: XeJx/'9o{
dsrzXmE0
template < typename T1, typename T2 > YzsHec
struct result_2 O z]iHe
{ `3\5&B