一. 什么是Lambda Z(T{K\)uN
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 8s@N NjV
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, <aJQV)]\
DzQBWY]
)
/N"3kK,N
UnF8#~
class filler "(^XZAU#W
{ (Z
SaAn),
public : "|L"C+tE
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} DS<1"4 b|
} ; K"H\gmV_g
Ki2!sADd
3 /@z4:p0R
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: -f)fiQ-<
FT@uZWgQ=
M
9t7y
15\m.Ix
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ^AS\a4`/
r8J 7zTD&
#Ub_m@@4
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Z[oEW>_A
7{L4a\JzT
T)rE#"_]{
L^3&
二. 战前分析 .$%p0Yx+
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。 t'vt'[~,U
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 0jf6 z-4
\ ;npdFy
:oP LluW*
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); :TH cI;PG8
/* --------------------------------------------- */ tcuwGs>_
vector < int *> vp( 10 ); /x6p
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); l@4_D;b3o"
/* --------------------------------------------- */ <+i(CGw
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); $zMshLT
/* --------------------------------------------- */ mll:rWC)
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); _h~ksNm5u
/* --------------------------------------------- */ 0=j }`
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); lW&(dn)}
/* --------------------------------------------- */ ~2w&+@dV%
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); <W80A J
pk/#RUfT+
H\67Pd(Z6
Az`Aa0h]7
看了之后,我们可以思考一些问题: c=oDzAzuV\
1._1, _2是什么? fFjpQ~0
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。 $;qi-K3j
2._1 = 1是在做什么? G*fo9eu5$
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。 Wwq:\C
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。 z)qYW6o%
tS'lJu
mgq!)
三. 动工 _FY&XL=
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Fb5U@X/vE
jT{T#_
sgX!4wG&Z
2bp@m;g$
template < typename T > I0Pw~Jj{
class assignment lkn|>U[
{ 0bg"Q4
T value; 94u{k1d x
public : .+9hm|
assignment( const T & v) : value(v) {} *@2Bh4
template < typename T2 > H_DCdUgC'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } K p3}A$uV
} ; tIsWPt]Y
Zd*$^P,|
};/QK*
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 zUfq.
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment /`*{57/3
=q4}(
rFRcK>X\L
Kc MzY
class holder ^\\3bW9}H
{ (#Y~z',I
public : Xn6#q3;^|
template < typename T > A6N6e\*
assignment < T > operator = ( const T & t) const xY^sC56Z
{ 25Dl4<-Z
return assignment < T > (t); ~MC|
} m&.LJ*uM\K
} ; CRb8WD6.
RLmOg{L
WE<?y_0y&
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: N9e'jM>Oos
!#tVQ2O
static holder _1; &`"DG$N(
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 IC`3%^
diq}\'f
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); D'"
T'@
而不用手动写一个函数对象。 51#*8u+L
$
V^gFes
p@m0Oi,=
n
~t{]if"
四. 问题分析 qpjY &3SI
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。 1Ms[$$b$
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。
*LT~:Gs#
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 g 9_ zkGc7
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ~wvt:E,fC
下面我们可以对这几个问题进行分析。 d+9V% T
.Ro/ioq
五. 问题1:一致性 LD$5KaOW
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?| Z*,e<zNQ
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ,T/Gv;wa2
D -}>28
struct holder ~f/|bcep
{ `c`VIq?
// Ma YU%h0
template < typename T > Kl1v^3\{
T & operator ()( const T & r) const 7+O)AU{
{ ) `u17
{
return (T & )r; =~#mF<z5
} j{@O%fv=
} ; 4ot<Uw5
$%<{zWQm
这样的话assignment也必须相应改动: ?|nl93m
7#V7D6j1
template < typename Left, typename Right > MqyjTY::Xg
class assignment %pC<T*f
{ YW}$e W*
Left l; {15j'Qwm
Right r; zp:dArh0
public : =Tj{)=^/#
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} &,X}M
template < typename T2 > mG~_*8}e<
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } _jWs(OmJ
} ; `MtzA^X r
8fC4j`!
同时,holder的operator=也需要改动: OgQdyU
]?9*Vr:P^
template < typename T > nL@'??I1
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const =|t-0'RsN
{ UhxM85M;x
return assignment < holder, T > ( * this , t); MK&,2>m,A
} u[>"_!T
(jc@8@Wo.
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。 <2$vo
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 y Zafq"o
&Mh.PzO=b
return l(rhs) = r; SSK}'LQ
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。 ?=u?u
k<-
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: )M0YX?5AR
inP2y ?j
template < typename Tp > c[dSO(=
class constant_t gf|uZ9{
{ S?J!.(
const Tp t; 0w?da~
public : /6x&%G:m#
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 8 Rx@_
template < typename T > l|CM/(99-
const Tp & operator ()( const T & r) const ["-rDyP
{ z0"t]4s
return t; <Ap_#
} X! d-"[
} ; ^y+k6bE
mdi!Q1pS
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 {u'szO}k
下面就可以修改holder的operator=了 _v!7
|&\
$)lkiA&;
template < typename T > KVi6vdgD
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const cslC+e/
{ *?)MJ@
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); +! 1_Mt6
} K'A+V
lriezI
同时也要修改assignment的operator() Cxf K(F
~7m`p3W@
template < typename T2 > ?<?Ogq"<
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } XlppA3JON|
现在代码看起来就很一致了。 _l
d.Xmvd
?]Yic]$n
六. 问题2:链式操作 <Q[%:LD
现在让我们来看看如何处理链式操作。 3Y#Q'r?
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。 `3TR`,=
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。 7B?Y.B
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。 7)?C+=,0
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct H2X_WSwm
@0 +\:F
template < typename T > kmQ:wf:
struct result_1 LdUz;sb
{ [2:d@=%.
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ZO+RE7f*?c
} ; SN6 QX!3
g2OnLEF]s
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: pPReo)
~q>jXi
template < typename T > vYgJu-Sl
struct ref /[R=-s ;
{ Gp9 <LB\,
typedef T & reference; }m:paB"3
} ; pb!2G/,.[
template < typename T >
:~-:
struct ref < T &> ~OD6K`s3
{ ]LE,4[VxRz
typedef T & reference; 1k[_DQ=^l1
} ; t]xz7VQ
&3vm
@
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: hY)zKX_r
Q2CGC+
template < typename T > d59rq<yI
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const K1
f1T
{ kZ9Gl!g
return l(t) = r(t); x{H+fq,M
} 5ibr1zs
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。 Yy~x`P'g!
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 e$LC
9Po>laT
5
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 6
AO(A
*
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 01(U)F\
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ,Yag! i>;
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 \VPw3
最后的布局是: FB k7Cn!
Add [s}W47N1
/ \ !t% 1G.
Divide 5 E:`_P+2p
/ \ ju2H0AQ
_1 3 &r,vD,
似乎一切都解决了?不。 {$S"Sj
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。 \Z.r Pq
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。 7mtx^
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: QPuc{NcB>
/qdv zv%T
template < typename Right > RHsVG &<j
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const FQek+[ox
Right & rt) const A &}]:4@{
{ 1 |z4]R,<
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); J;sQvPHV8
} #(
.G;e;w
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 +S+!:IB
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。 G[}v?RLI
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。 w,hm_aDq
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。 UDHOcb
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。 VjM/'V5
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? >4g!ic~O
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: NG3?OAQTw
ll__A|JQ
template < class Action > 6TRLHL~B
class picker : public Action 7a[6@
{ v:lkvMq|=
public : I(UK9H{0$
picker( const Action & act) : Action(act) {} )]n>.ZmLCB
// all the operator overloaded IAA_Ft
} ; Z71_D
IFW(nB(
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。 y/@Bhzc
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: &q&z$Gc;m
f (C:J[;Z
template < typename Right > @l3&vt2=J
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const :TVo2Zm[@
{ FOD'&Yb&
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); e"1mdw"
} ^/%o
I;O{
wsdZwik
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ,3rsjoKhd
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。 #@nPB.
!" FEp
template < typename T > struct picker_maker H/t0#
{ \[!{tbK`2
typedef picker < constant_t < T > > result; >0 7i"a
} ; !UT!PX)
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 2V8"jc
{ Y"ta`+VJ
typedef picker < T > result; `pv
} ; `D3q!e
M*'8$|Z
下面总的结构就有了: gHgqElr(
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 C{U*{0}
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 '`tFZfT
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 5xT, O
至此链式操作完美实现。 Ud"_[JtGM
<|'ETqP<+
mR2"dq;U
七. 问题3 #Br`;hL<T
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 yl*%P3m|
;+DMv5A "
template < typename T1, typename T2 > u;%~P 9O
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 0rX%z$D+@
{ ;7[DFlS\P
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); .`*;AT
} `C7pM
wBlE!Pm
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: t.&JPTK-H
<=!t!_
template < typename T1, typename T2 > {%6
'|<`[
struct result_2 uih8ZmRt
{ lhQMR(w^
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Nnn~7
} ; bs}SFT L
fx:vhEX
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? U4Zx1ieCKH
这个差事就留给了holder自己。 HI1|~hOb'
MF$Dx| Tcj
'oGMr=gp<&
template < int Order > a^G>|+8
class holder; ">B&dNrt
template <> s o: o
b}
class holder < 1 > O*2{V]Y
@
{ +-x+c:
IxA
public : /_JR7BB^X,
template < typename T >
w@mCQ$
struct result_1 }ub>4N[
{ U e-AF#
typedef T & result; xn=mS!"1Zo
} ; >;G7ty[RX7
template < typename T1, typename T2 > z$Z%us>io
struct result_2 ("f~gz<<
{ R
{-M%n4w
typedef T1 & result; K7$Q.
} ; =C#z Px,
template < typename T > hey/#GC*
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const xhCNiYJ|
{ /2r&ga&
return (T & )r; fyZtwl@6w#
} 79Aa~ +i'_
template < typename T1, typename T2 > Oo!]{[}7
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const kQ[23
{ 6."|m+D
return (T1 & )r1; R4D$)D
} -R$ Q`Xw
} ; Us6~7L00
F&k<