一. 什么是Lambda J}YI-t
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 9|e"n|[
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, z%AIv%
[7Kn$OfP
+(/Z=4;,[
nRo`O
class filler txgGL'
{ PIr Uls0}
public : KYl^{F
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} -s)2b
;
} ; -w2ga1
SP*5 W)6
Lhc@*_2
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: {&;b0'!Tf
q#778
b:3hKW
wYxizNv,
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); U'lD|R,g
q+:(@w6
GS$k
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 D4vmBVT
M!hby31
XVLuhwi
0iE).Za0g
二. 战前分析 f|G7L5-
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。 N1Z8I:
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 N4v)0
X @Bpjg
UxvsSHi
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); NY;UI(<]
/* --------------------------------------------- */ ]EcZ|c7o9y
vector < int *> vp( 10 ); h@~X*yLKh
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); :^s7#4%6
/* --------------------------------------------- */ LWL>hd
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); &Kve vPF
/* --------------------------------------------- */ 2%qn!+.
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ~76.S
/* --------------------------------------------- */ n>0dz#
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); F^NR qE
/* --------------------------------------------- */ 5muW*7
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); {l11WiqQH
u`'z~N4}
?|7+cz$g
9v
F2aLPk
看了之后,我们可以思考一些问题: j'i42-Lt/p
1._1, _2是什么? i-FUAR
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ?iLd5 Z
2._1 = 1是在做什么? ,?`1ve_K<
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 IeB6r+4|
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 NslA/"*
m3(T0.j0P
-n
*>zGc
三. 动工 :]^P^khK
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 9sCk\`n
8$v7|S6 z
W^ :/0WR
z^/ GTY
template < typename T > ]Z-oUO
Z<k
class assignment yUW&Wgc=:
{ 9f^PR|F
T value; Inc:t_
public : &a=e=nR5
assignment( const T & v) : value(v) {} 7ILa H|eN
template < typename T2 > |{PJT#W%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 8-"5|pNc
} ; cQ.;dtT0
hu|hOr8
YU=ZZEVi
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 $uw+^(ut
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Kyp0SZp[
i+[3o@
'=
<`@
<gdgcvd
class holder b H?qijrC
{ 8>{W:?I
public : !NYM(6!(
template < typename T > daIL> c"
assignment < T > operator = ( const T & t) const ?GNF=#=M
{ "x;k'{S
return assignment < T > (t); ,GJ>vT)
} T4=3VrS
} ; E)O|16f|>
K)`:v|d
1 j12Qn@]
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: bez'[Y{
.Sr:"S rT
static holder _1; (Q5@MfK`
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 T#n1@FgC
3EVC8ue
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Ke?gz:9j
而不用手动写一个函数对象。 KKjxg7{K
+z=%89GJ
m6r )Z5}f
XLmMK{gs
四. 问题分析 o~x39
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ~'2r&?=\
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 bkwa{V
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 .W :
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 LBkc s4+
下面我们可以对这几个问题进行分析。 q Iy^N:C2'
EotwUT|
五. 问题1:一致性 e?| URW
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| T]6c9_
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 V<vPFxC
>yBxa)
struct holder +&7Kk9^
{ ,=Nw(GI
// F[CT l3X
template < typename T > k9)u3
T & operator ()( const T & r) const i6md fp|k
{ Yxd{&47
return (T & )r; 1_NG+H]x9
} Q*:h/Lhb&
} ;
f5aF6FBH
6%kJDY.
这样的话assignment也必须相应改动: bqrJP3
qggk:cN1
template < typename Left, typename Right > Dk`4bYK
class assignment 43>9)t
{ ;}WtJ&y=M
Left l; |[Ie.&)
Right r; ,MM>cOQ
public : )@,90Vhh
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 1/2V.:bg
template < typename T2 > ,|.8nk"
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } xIQ/$[&v
} ; MkDK/K$s
;T.s!B$Uu
同时,holder的operator=也需要改动: nU&NopD+*G
b6nZ55 h
template < typename T > yQZ/,KX
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ^m_^
{ 6~ 7 ;o_>
return assignment < holder, T > ( * this , t); .%?-As
} JOrELrMx
i
Y*o;z,~
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。 U|J$?aFDr
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 5fu+rU-#
,\lYPx\P[
return l(rhs) = r; %o@['9U[j
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。 2f19W#
'0
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Z'Exw-ca
xHJ8?bD p
template < typename Tp > Q1`<fD
class constant_t 6F*-qb3
{ heL$2dZ5H
const Tp t; Tr8AG>
public : 2(m85/Hr\;
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} RCBf;$O
template < typename T > :8^M5}
const Tp & operator ()( const T & r) const _8Nw D_"
{ ~h)@e\Kc
return t; 6?V<BgCC
} a)!![X?\
} ; 9-
xlvU,o
mRhd/|g*
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 7fju
下面就可以修改holder的operator=了 t7w-TJvP
~u /aOd
template < typename T > q=6Cc9FN
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const yo\N[h7
{ EBoGJ_l
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); b
, juF2
} M{?zvq?d
DX}B0B
同时也要修改assignment的operator() Oj4v#GK]
4\LZD{
template < typename T2 > rv9B}%e
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } #NvQmz?J?
现在代码看起来就很一致了。 bTLMd$
Jd5\&ma
六. 问题2:链式操作 k"xGA*B|
现在让我们来看看如何处理链式操作。 {=UFk-$=
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 h+,'B&=|_
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 d_Q*$Iz)3
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。 #zON_[+s9
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 0QMTIAW6h
d<Ggw#}:m
template < typename T > C:`;d&d
struct result_1 'yp>L|
{ M.>^{n$
z
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 0b/ir 2
} ; *cbeyB{E
e`i7ah;
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: CSMeSPOm]
E7Ibp79}N
template < typename T > nX0HT
)}
struct ref {?E<](+0
{ E{tx/$f
typedef T & reference; g;pR^D'M5C
} ; jY7=mAd
template < typename T > *YWk1Cwjo
struct ref < T &> 00ofHZ
{ Btj#EoSI_
typedef T & reference; %.mEBI=hs
} ; W'a(oI
V=pMq?Nr
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: TG}d3ZU
!
%$@1FlqX;
template < typename T > .%=V">R
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const F{<5aLaYti
{ -? s&pKi
return l(t) = r(t); yuOS&+,P
} veeI==]
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。 WRWWskP
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 4&QUh+F
[J^
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 Cyq?5\ a
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: &FSmqE;@^
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 "~F3*lk#E
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 <5S@ORN
最后的布局是: k<a;[_S
Add .evbE O 5
/ \ |EKu2We*
Divide 5 E<tK4?i"
/ \ 0RUi\X4HI
_1 3 O] Y v
似乎一切都解决了?不。 {C3U6kKs;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。 >ys[I0bo
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。 ! QM.P
t7c
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: 7BR8/4gcPu
H~noJIw#
template < typename Right > OS-sk!
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const +#2)kg 9_
Right & rt) const )VSwTx&
{ +TK3{5`!Ae
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); k.<3HU
} ?38lHn`FyQ
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 .`jo/,?+O
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。 tF*szf|$-
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。 QT!
4[,4
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。 A4.4Dji,x
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,H5lwU
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? {:Aw_z:'
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: ;}qhc l+
`lO(s%HC
template < class Action > =<c#owe:m
class picker : public Action Xa," 'r
{ ~. YWV
public : Z:*@5
picker( const Action & act) : Action(act) {} j%L&jH6@
// all the operator overloaded fmfTSN(Q~`
} ; VIC0}LT0R
`0ZZ/]
!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。 K*q[(,9
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: .Da'pOe
R x7X_A}
template < typename Right > V8WFQdXc
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const uI~s8{0T6
{ )[L^Dmd,
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 0fm*`4Q
} gn8|/ev
hoM|P8
}rh
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > k1^\|
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。 LJFG0 W
]0c+/ \b&
template < typename T > struct picker_maker |F[=b'?
{
\(~wZd
typedef picker < constant_t < T > > result; !ErH~<f%K
} ; 6KHN&P
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > hB9Ee@
{ .pPm~2]z
typedef picker < T > result; R!(ZMRMn
} ; >(r{7Qg
sa1h%<
下面总的结构就有了: ~1
~Xfo>
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。 YO+{,$
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。 6Wj^*L!
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 &Lm-()wb
至此链式操作完美实现。 7y^%7U \
0Yl4eB-
^Hrn ]
七. 问题3 6"/WZmOp
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。 $P z`$~
,CvG 20>
template < typename T1, typename T2 > <eN_1NTH_
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 'sh~,+g
{ o:S0*
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); C NsNZJ
} m8R9{LC
JL=U,Mr6
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: H
3@Z.D
lg:
template < typename T1, typename T2 > {ZU1x C
struct result_2 .zg8i_
{ \OILWQ[/
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result;
asJ!NvVG'
} ; '1?\/,em
1'.7_EQ4T
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? z~*g ~RKS!
这个差事就留给了holder自己。 @"-</x3o
n">u mM;Eh
nDS}^Ba
template < int Order > ^y!;xc$(Qs
class holder; (*p ,T
template <> ]rehW}
class holder < 1 > sRSz}]
{ o*WY=
public : dCyqvg6u
template < typename T > (8$k4`T>
struct result_1 1MlUG5
{ !RB)_7
typedef T & result; <"N_j]wD
} ; sm,VYYs
template < typename T1, typename T2 > {n#k,b&9B
struct result_2 E>b2+;Jv
{ 9,uhfb^]
typedef T1 & result; Vj<:GRNQ,d
} ; e^p
+1-B
template < typename T > N|N3x7=gs
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const MP Z3D9
{ v
^[39*8
return (T & )r; ) J]9 lW&y
} [^CV>RuO
template < typename T1, typename T2 > [.se|]t7X
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const Od+6 -J
{ [x=jH>Y
return (T1 & )r1; 7SD Fz}
} &