一. 什么是Lambda 0gIJ&h6*f
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 r;7&U<j~Z
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, $2kZM4
ji&%'h
~;QzV?%
G/)]aGr
class filler )<~v~|re
{ \]Nt-3|`0
public : E! s?amM4
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} R(1N]>
} ; rL KwuZ
*LZB.84
FD1Z}v!5IJ
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: bTd94
,B'n0AO/'
pm4'2B|)g
F7"v}K]X
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ; *ZiH%q,
n N_Ylw
9w:F_gr
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ]lgI Q;r
W3gBLotdg
Vlf =gP
us,~<e0
二. 战前分析 |eu:qn8
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。 *a[iq`499
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 o3ZqPk]al
te*|>NRS
Py!
F
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Z/*X)mBuB
/* --------------------------------------------- */ LJh^-FQ
vector < int *> vp( 10 ); !l7D1i~
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); -*nd5(lY&
/* --------------------------------------------- */ HX`>"
?{
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); z0F'zN3J
/* --------------------------------------------- */ gP^p7aYwn
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); .S6u{B
/* --------------------------------------------- */ z]V%&f
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); *?`<Ea
/* --------------------------------------------- */ Ij_h #f
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); V|q`KOF
0;X0<IV
+8zCol?j
BXxl-x
看了之后,我们可以思考一些问题: P-LdzVt(^
1._1, _2是什么? )zMsKfQ
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。 |9;MP&68
2._1 = 1是在做什么? Y2oN.{IH
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。 LvcGh
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。 >>I~v)a>w
\)/dFo\l
BK[ YX)
三. 动工 9C"d7--
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ';J><z{>
{sR|W:fS$
79y'PFSms
b'mp$lt!
template < typename T > [CAV"u)0
class assignment sI% =G3o=
{ ?>}&,:U}
T value; MVYf-'\^
public : Pf?zszvs
assignment( const T & v) : value(v) {} h;RKF\U:"
template < typename T2 > E!6 Nf[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } M!Wjfq
^~
} ; a(|,KWHn
92pl#Igt
qCUn.
mI
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 vbMt}bM(GD
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Dxx`<=&g
JZom#A.
dt
eI:;l];G9
:WM[[LOaC
class holder ns}"[44C}l
{ q*pWx]Y
public : =e!o
template < typename T > o8h1
assignment < T > operator = ( const T & t) const /q\{Os rX
{ a]%>7yr4
return assignment < T > (t); slRD /
} iL\eMa
} ; <`Q*I
Y
n^+rxG6L
[KT1.5M[
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: jC3)^E@:"
8r-'m%l
static holder _1; <}z,!w8
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ,EuJ0]2
SBog7An9SI
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); y'21)P
而不用手动写一个函数对象。 LE>b_gQ$
2
:,*{,^2q:
u^Ss8}d
zZ})$Ny(
四. 问题分析 !-<PV
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。 0!(BbQnWI
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。 uNS ]n}
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 c_+y~X)i
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 dxwH C\"5
下面我们可以对这几个问题进行分析。 =c1t]%P,
0f]LOg
五. 问题1:一致性 nApkK1?
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?| k2t#O%_f
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 P{{U
%J?"ZSh
struct holder Q ,6[
{ D$$,T.'u
// l We1Q#
template < typename T > (;1Pgh
T & operator ()( const T & r) const $%5f
{ GJB=5nE
return (T & )r; e/nc[
} :f|X$>
b
} ; _5l3e7YN
xZpGSlA
这样的话assignment也必须相应改动: %^VQw!
9p '#a:
template < typename Left, typename Right > /:o (Ghc?
class assignment !5escR!\D
{ MDqUl:]
Left l; Qin;{8I0
Right r; [bIR$c[G
public : S`v+rQjW
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} FaVeP%v
template < typename T2 > g XThdNU4G
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } yccF#zU
} ; DTi\ 4&41
hJIF!eoI
同时,holder的operator=也需要改动: u{>_Pb
wO&2S-;_K
template < typename T > !v`C-1}70
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Zv8I`/4?
{ XDM~H
return assignment < holder, T > ( * this , t); '<v_YxEn
} !/|^
)d^U
`kERM-@A
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 xw5LPz;B
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 M!nwcxB!
leMcY6
return l(rhs) = r; -g`3;1EV^
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Z-wvdw]$
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ZZJXd+Q}
;s(uaC3
template < typename Tp > v@KP~kp
class constant_t 5Rc^5Nv
{
;p U=>
const Tp t; ~~D
=Z#
public : u>U4w68
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} \XI9 +::%
template < typename T > 057$b!A-a
const Tp & operator ()( const T & r) const h~zG*B5F
{ |m5 E%E
return t; 4X^{aIlshk
} _# mo6')j
} ; ?*ni5\y5o
'dFhZ08u}
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 P
O{1u%P
下面就可以修改holder的operator=了 RXDPT
fvUD'sx
template < typename T > C"=^(HU
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const HvSYE[Zt|
{ Edi`x5"l
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); }[%d=NY
} ])YGeY(V0+
YEB@ p.
同时也要修改assignment的operator()
:Ky
*AI
eJm7}\/6`
template < typename T2 > buv*qPO
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ^twJNm{99
现在代码看起来就很一致了。 ".=LzjE<gv
5W29oz}-S
六. 问题2:链式操作 ag
\d4y6
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Y=- ILN("
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。 rWXw/a
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。 ZO !
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。 ,*w
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ]|y]?7
tgX},OU^
template < typename T > J"TM[4^\Y
struct result_1 ,@b7N[h
{ #ErIot
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 5cza0CriJ
} ; RC']"jpW
*xl930y
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: 3n=`SLj/a
s?2DLXv}!
template < typename T > m@_m"1_;
struct ref lv*fK
{ %488"
typedef T & reference; k'd(H5A
} ; J^G#x}y
template < typename T > +-B`Fya
struct ref < T &> nvdo|5
{ S_B $-H|
typedef T & reference; tKik)ei
} ; `S{Blv
R1%2]?
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: {MaFv
l6C^,xU~IX
template < typename T > $j\UD8Hj'-
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ~GWn >
{ (Wm4JmX%
return l(t) = r(t); <%2A,
Vz"
} y+PiH
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 -a}d
@&
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 UW%.G
gtBnP~zT\B
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 Ve1O<i
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: T|c9Swur
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 2+Tu"oG;rB
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 L,XWX8
最后的布局是: jb~/>I^1
Add P2+Z^J`Y>
/ \ h]#wwJF
Divide 5 7fOk]Yl[
/ \ | Ts0h?"a
_1 3 N1LZ XXY{
似乎一切都解决了?不。 Nm0kMq|h
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 zgdOugmmt_
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 {Y%X
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: "F*'UfOwrZ
@?w8XHEa|
template < typename Right > ~x>?1K
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ;'B\l@U\
Right & rt) const ~$zodrS9
{ Uv-xP(X
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); osJ;"B36
} r`THOj\cM
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 j|u6TG
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。 NTHy!y<!h
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。 Use`E
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。 !*?Ss
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*zZ;>^
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? 0wzq{~\{=_
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: S'I{'jP5
+N9(o+UrU
template < class Action > ,AC+s"VS
class picker : public Action 9*@K l`\
{ -'tgr6=|w"
public : bIP'(B#1K
picker( const Action & act) : Action(act) {} ZjE!?
'(ef
// all the operator overloaded 4I>I
} ; 9Fl}"p[>L.
rSYzrVc
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。 ?\QEK
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: ~ "]6
8%UI<I,
template < typename Right > 2[\I{<2/9
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const LN8V&'>
{ O1.a=O
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Om%9 x
} +M+ht
axl!zu*
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > CL^MIcq?
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。 FuZ7xM,
(]|rxmycA
template < typename T > struct picker_maker 2/9P&c-r