一. 什么是Lambda 1N>6rN
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 mw ?{LT
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, 2@4x"F]U;
m]1!-`(*
N-D(y
Yg$@ Wb6
class filler '1]+8E
`Z
{ zfirb
public : n'ehB%"
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} XL&hs+Y
} ; C#ZhsWS!b
Y=3X9%v9g
ckAsGF_B~!
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: QP+c?ct}hF
'xsbm^n6a&
:cEd [Jm9
QTeFR&q8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 8i[".9}G\
,;7`{Nab
E3LBPXK
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 r7RU"H:j8
b#Jo Xa9
Ew>~a8!Fq
Oq[i &
二. 战前分析 WBy[m ?d
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 <8g=BWA
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 EZ..^M3
iwB8I^
>kt~vJI
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); {ip=iiW2
/* --------------------------------------------- */ #>@<n3rq
vector < int *> vp( 10 ); <Kh?Ad>N
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ?_8%h`z
/* --------------------------------------------- */ y-%nJD$
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Xm%iPrl D
/* --------------------------------------------- */ 2ve
lH;
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); V;H
d)v(j
/* --------------------------------------------- */ +O&RBEa[
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 3Ca
\`m)l
/* --------------------------------------------- */ nG!&u1*
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); :m]/u( /N
g'KzdG`O0
O>nK,.
ZGA)r0]
P`
看了之后,我们可以思考一些问题: :jBZK=3F>
1._1, _2是什么? Q@7l"8#[t
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。 nt drXg
2._1 = 1是在做什么? ,tcP=fdk]
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。 "3\oQvi.
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。 j.<:00<
(W7;}g ysh
i5.?g <.H
三. 动工 ~5FS|[1L
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: o`b$^hv{A
&t~zD4u B
bK!,Pc<
hU 9\y
template < typename T > }Q!h ov
class assignment Q^*G`&w,
{ *^X#Eb
T value; d&NCFx
public : D8)O4bh
assignment( const T & v) : value(v) {} \m(ymp<c`
template < typename T2 > Jq=00fcT+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } K5 5} Wi
} ; !'Pk
jP
VV?]U$
Y0 @'za^y
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 "kcpA#uD|
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment #.<*; rB
o G(0i
w9G_>+?E
f0/jwfL
class holder l. XknF
{ 17WNJ
public : ;3 G~["DA
template < typename T > $?[1#%
assignment < T > operator = ( const T & t) const _= o1?R
{ "L9C
return assignment < T > (t); N|UBaPS|o
} 0q:(-z\S4
} ; t9?R/:B%
[SCw<<l<
hO^&0?
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: hZp=BM"bJ
8]sTX9
static holder _1; `%FIgE^
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 }V\P,ck
}%-UL{3%
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ]cx"
而不用手动写一个函数对象。 /d{glOk
QN)/,=#
8W19#?7>B
T[i7C3QS
四. 问题分析 M,.b`1-w
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 kb/|;!
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 pi^^L@@d
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 (! xg$Kz@
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 )$ ofl%+
下面我们可以对这几个问题进行分析。 aEcktg6h
i!CKA}",
五. 问题1:一致性 &_<VZS
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?| OT-n\sL$
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 RY\{=f
KU1+<OCh
struct holder b}ySZlmy
{ cxtLy&C
// hg%@ W
template < typename T > T)b3N|ONB
T & operator ()( const T & r) const iifc;6 2
{ a"`g"ZRx
return (T & )r; ) 1lJ<g#
} /W"Bf
} ; s5c! ^,L8
&,W_#l{
这样的话assignment也必须相应改动: D}zOuB,S
gGtep*k
template < typename Left, typename Right > SRA|7g}7W
class assignment 1Pud,!\%q
{ pieU|?fQ
Left l; p<Zs*
@
Right r; Ybs=W<-
public : 1_Dn?G^H
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 7sQ]w
template < typename T2 > B6tcKh9d,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } S[W9G)KWp
} ; LP5eFl`|T
S1}1"y/
同时,holder的operator=也需要改动: qPFG+~\c
5?V?
template < typename T > lH#@^i|G
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 5;3c<
{ h]J&A
return assignment < holder, T > ( * this , t); #,f}lV,&
} *kX3sG$8
|@o]X?^
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 p/\$P=
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 JLy)}8I
w5dIk]T
return l(rhs) = r; v$gMLu=
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。 c8k6(#\
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 2x<Qt2"
xZ9}8*Q&:
template < typename Tp > &rl]$Mtt
class constant_t jMz1s%C
{ \3n{w
const Tp t; % +kT
public : 37:b D
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} .LXh]I*
template < typename T > L|]w3}ZT@
const Tp & operator ()( const T & r) const nLFx/5sL
{ A@@)lD.
return t; <F#*:Re_y
} .oi}SG
} ; "oE^R?m
D,}'E0
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 /%ODJ1 M
下面就可以修改holder的operator=了 ,6EZb[;g^
^*cMry
template < typename T > lRF_ k
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 48 c
D3w
{ H y.3ccZ0
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); %468s7Q[Mi
} #lBpln9
t_dw}I
同时也要修改assignment的operator() .R$+#_
s0XRL1kWr
template < typename T2 > .T#y N\S1
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ,E*a$cCw
现在代码看起来就很一致了。 ?RRSrr1
e6{[o@aM{
六. 问题2:链式操作 .yK\&q[<
现在让我们来看看如何处理链式操作。 s3MMICRT.
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 "W_jdE6v
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 w+).pcG(*
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 Z!]U&Ax`Z
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct dbMu6Bm\G
.q_uJ_qu-
template < typename T > (l3UNP
struct result_1 n3l"L|W^(<
{ I9:G9
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; >?G|Yz*kEJ
} ; F653[[eQ
[5RFQ!
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: we:5gK&
? !oVf>
template < typename T > yv!''F:9F
struct ref TzevC$m;z
{ X5L(_0?F1
typedef T & reference; hdsgOu
} ; 8zCGMhd
template < typename T > yNLa3mW
struct ref < T &> r3c\;Ra7
{ MuFU?3ovG*
typedef T & reference; @ V7ooo!
} ; 9U }MXY0
M k'n~.mb
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: \c9t]py<.h
VJ6>3
template < typename T > 8H3!; ]
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const q5I4'6NF
{ oxCs*
return l(t) = r(t); ~7ATt8T
} /SPAJHh
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。 r_g\_y7ua
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Cb@S </b
ohc/.5Kl
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 <PfPh~
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: CYFas:rPLT
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 < ;%q
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 !0. 5
最后的布局是: XD+cs.{5
Add *0&i'0>
/ \ #>=/15:
Divide 5 5&