一. 什么是Lambda ^Er`{|o6u
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。
6p6Tse]
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
a1|fB
gsR9M%mv
y=qo-v59'
n]fbV/ x
class filler ]GRq
{ DUliU8B}\
public : -r'seb5
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} -Tkd@
} ; WAmoKZw2
-hR\Y2?
m#K%dR
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: {2clOUi
u,,WD
hYv 6-5_
ec[[OIO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 'U{:
zBh
59Q Q_#>
wJR i;fvi
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 H_=[~mJ
<07W&`Dw
2:/MN2
z==}~|5
二. 战前分析 yxUVM`.~
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。 !=:MG#p
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 <H@!Xw;
E1ob+h:`d
_N f[HP
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); g+r{>x
/* --------------------------------------------- */ e27CbA{_w
vector < int *> vp( 10 ); c%/&@vs7
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); _v=WjN
/* --------------------------------------------- */ %c/"A8{ eb
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); vfTG*jG
/* --------------------------------------------- */ la|l9N^,
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ?[/,*Q%
/* --------------------------------------------- */ H1qw1[%0y
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); (0m$W<
/* --------------------------------------------- */ 2LH;d`H[0
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); e.ym7L]$O
Wy>\KrA1
E/P53CD
zp-~'kIJ
看了之后,我们可以思考一些问题: |Pl{Oo+
1._1, _2是什么? 35kbE'
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。 OSi9J.]O
2._1 = 1是在做什么? ]%8;c
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。 ;U3Vows
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。 *"sDaN0@R
,vw`YKg
gL"Q.ybA
三. 动工 #&KE_n
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 6U9Fa=%>}
c!wB'~MS#
VD`2lGdF
9}$dwl(
template < typename T > vS__*}^
class assignment 7tKft
{ 8B+^vF
T value; 7:E#c"S
q
public : N%E2BJ?
assignment( const T & v) : value(v) {} *LdH/C.LIf
template < typename T2 > ^l9
*h
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ,k' 6<Hw
} ; 7$P(1D4
xm,yqM!0A
R*eM 1
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 <f{`}drp/
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment QnLgP7Ft
9sU,.T
EoWzHa
yZaDNc9'
class holder IVODR
{ Cs=i9.-A
public : =C1Qo#QQ%
template < typename T > ([o:_5/8I
assignment < T > operator = ( const T & t) const Y,}43a0A
{ R:x04!}
return assignment < T > (t); )?y"NVc*
} 8Kkr1}!wd
} ; #|E. y^IC
&scD)
2;r^~:
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: urjp&L&
&Sp:?I-
static holder _1; RW8u0 ?b
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <{Wa[1D
8k'em/M~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); v~QZO4['
而不用手动写一个函数对象。 d}J#wT
wk/U"@lq
Q[tz)99~
i.,B
0s]Z
四. 问题分析 uW_ /7ex
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。 <_uv!N
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。 >m{-&1Tx
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ~36XJ
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 uoc-qmm
下面我们可以对这几个问题进行分析。 e}w!]
fltcdA
五. 问题1:一致性 u)>*U'bM
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?| c{ (%+
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 rn*VL(Yd(
sRI8znus
struct holder .W:], 5e
{ sOenR6J<$
// Q-CVq_\3I
template < typename T > _fw'c*j
T & operator ()( const T & r) const hV>Ey^Ty
{ R_DQtLI
return (T & )r; =J\7(0Dz4t
} $"1&!
} ; =5F49
:7*\|2zA
这样的话assignment也必须相应改动: .1M>KRSr,
{'C74s
template < typename Left, typename Right > cn{l
%6K
class assignment Gl9 a5b
{ "$9ZkADO
Left l; i?9Lf
Right r; xSZw,
public : kp"cHJNx
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} -7Wmq[L/
template < typename T2 > '.yr8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ]"_'o~
} ; |V]E8Qt
2V 'Tt3
同时,holder的operator=也需要改动: Yb*}2
jL>r*=K)%
template < typename T > {'[1I_3
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const #xB%v
{ r&;AG@N/
return assignment < holder, T > ( * this , t); \02e
zG
} ~o$=(EC
>dY"B$A>
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 \GPc_m:qL
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 huE#VY
/t
Rwk|cqr
return l(rhs) = r; Joj8'
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 E}+A)7mA
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: FT6cOMu
z/=v@@tj
template < typename Tp > = %m/
class constant_t ( d.i np(
{ uOx$@1v,
const Tp t; Qfi5fp=f
public : !bg3
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ~@bKQ>Xw
template < typename T > AF}HS8eYy
const Tp & operator ()( const T & r) const 8wd2\J,]
{ (;3jmdJhK
return t; ]]4E)j8
} 2}AV_]]
} ; `,O^=HBM
=O<BMq{d
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 =&'j;j
下面就可以修改holder的operator=了 "%Ak[04'
CpXv?uU
template < typename T > H#D=vx'
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const s*@.qN
{ o2L/8q.
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); *V/SI E*8
} X}Lp!.i9o
sAxn
;
`
同时也要修改assignment的operator() LO229`ARr|
FoLwS%+yO
template < typename T2 > JkmL'Zk>:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 6Jm4?ex
现在代码看起来就很一致了。 ,LvJ'N
@`yfft
六. 问题2:链式操作 C-7.Sa
现在让我们来看看如何处理链式操作。 qJ!xhf1
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。 T&%>/7I>
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。 aSj$62G"
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。 |v+b?@
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct $f%_ 4 =
=uH`EkY:
template < typename T > bCsQWsj^NW
struct result_1 s`{O-
{ uf6{M_jXZ
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; [T|~Kh%#
} ; .Qaqkb-Ty
7@`(DU`z
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: ^t*BWJxPC
%$08*bAtB7
template < typename T > 0Z\fK>yw
struct ref BB-`=X~:m
{ I4$a#;
typedef T & reference; [|3
%~s|Sv
} ; `CV a`%
template < typename T > !tVV +vT#
struct ref < T &>
84k;d;
{ #Rs7Ieu+
typedef T & reference; /{lls2ycW%
} ; &EMm<(.]a
y ^YrGz.
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Z7(hW,60
vi'K|[!?
template < typename T > :Q%&:[2
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const OS3J,f}<=
{ e}kG1C8
return l(t) = r(t); :ZUy(8%Wl
} ?p5Eo{B
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。 2oNlQiE_
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Yd@9P2C
nX
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 h"[
][
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: twJck~l~n
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Ys\l[$_`*
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 } nQHP4'
最后的布局是: %K zURv
Add 5K8\hoW{
/ \ i'a M#4V
Divide 5 Y}0 - &
/ \ /%.K`BMN
_1 3 Y.-i ;Mmu
似乎一切都解决了?不。 c;j]/R$i
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。 [ML4<Eb+x
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。 !a0HF p$9
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: U_w)*)F
': HV9]k
template < typename Right > nkpQM$FW
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const $XJe)
Right & rt) const |/q *Fg[f
{ L)Kn8
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); PoC24#vS
} #0weN%
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 IqmavnM#
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 {|a'
=I#2
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 h.DQ6!?;s
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 ieObo foD
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 )xi|BqQz
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? BV<LIrAS
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: B64%|
S
g|W~0A@D
template < class Action > ;]p#PNQ0
class picker : public Action E;%{hAD{
{ Wc(?ezn
public : @#sQ7eMoy
picker( const Action & act) : Action(act) {} q+SDJ?v
// all the operator overloaded '?#e$<uS-
} ; H>M0GL
y1P ?A]v
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。 Hd4&"oeY
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: 4H{L>e
?onZ:s2
template < typename Right > T1D7H~\lG
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const N!hp^V<7
{ zVp|%&
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); X^"95Ic
} _))_mxV{
5Pn$@3
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > y9:|}Vh
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。 e=YvMg
N-lXC"{)
template < typename T > struct picker_maker 8^+Qn/b_%
{ t:W`=^
typedef picker < constant_t < T > > result; c D7q;|+
} ; $lUZm\R|k
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > lxV>
rmD
{ +i{&"o4}
typedef picker < T > result; }Vg&9HY
} ; cJL>,Z<|%
@aI`ru+a
下面总的结构就有了: QRx'BY$5
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 KrG$W/<tg
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。 b5KX` r
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 _bFX(~37z?
至此链式操作完美实现。 Zb3E-'G+
?f:FmgQk
2g|+*.*`
七. 问题3 E}yl@8g:#
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。 ASPfzW2
pM.>u/=X
template < typename T1, typename T2 > zPZy#7/A
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const y1FS?hSD0
{ yG{'hx6H
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); !c'a<{d@
} -&%#R_RV
eCdMDSFO3
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: HSq&'V
UjUDP>iz.>
template < typename T1, typename T2 > bv-s}UP0
struct result_2 pv;}Sv$
]-
{ ?tg(X[h{S
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; (?;Fnq
} ; 89?AcZ.D
h{qB\aK
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? Tgc)'8A;BN
这个差事就留给了holder自己。 c2-NXSjsW
/5EM;Mx
WR%x4\,d#
template < int Order > `gSqwN<x%
class holder; ;WWUxrWif
template <> l0l2fwz(
class holder < 1 > 1s"6
{ IEmtt^C
public : 1-Sc@WXd
template < typename T > cEhwv0f!qS
struct result_1 t,)`Zu$
{ wRCGfILw
typedef T & result; IJhJfr0)Oo
} ; +Gg6h=u
template < typename T1, typename T2 > S{XV{o
struct result_2 S8TJnv`?'
{ 5~5d%C^3k
typedef T1 & result; ckHHD|
} ; YQ:FBj
template < typename T > c!d>6:\
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const NnRR"'
{ [y F>W$Bn%
return (T & )r; F]:@?}8R
} gf$5pp-
template < typename T1, typename T2 > /r^J8B*
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const FZ)_WaqGf
{ :<=A1>&8
return (T1 & )r1; JPltB8j?
} c*sK| U7)
} ; HN9!~G
{9S=:
template <> Vv8e"S
class holder < 2 > 38ChS.(
{ Ztu _UlGC
public : :FcYjw
template < typename T > kmXpj3
struct result_1 J5b>mTvb
{ I<PKwT/?
typedef T & result; ?BtWM4Id8
} ; =B-a]?lM
template < typename T1, typename T2 > )4q0(O)d
struct result_2 wDJbax?
{ )FVW/{NF@q
typedef T2 & result;
)GhMM
} ; nK=-SQ
template < typename T > 6EfGJq
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const HIM>%
{ c
4xh
return (T & )r; /G[; kR"
} Pp.qDkT
template < typename T1, typename T2 > s
wgn( -
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const }g6:9%ZMu
{ |O =Fz3)
return (T2 & )r2; EA_6L\+8&
} *ElR
} ; 46^LPC"x
OJ0Dw*K<
(o`"s~)
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 yf5X=f.%@
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: <7Igd6u
首先 assignment::operator(int, int)被调用: ^,F8 ha
;/.ZjTRw
return l(i, j) = r(i, j); nu|paA
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) lB_&Lq8G
9;,_Qq
return ( int & )i; Rf7*Ut
wVr
return ( int & )j; V0y Q
最后执行i = j; ,jVj9m
可见,参数被正确的选择了。 ra#s!m1
[;O 6)W
uEp
v l
DxX333vC
gHCk;dmq81
八. 中期总结 D4jf%7X!Lu
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: h|z{ (v
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 (W.euQy
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 F^Q[P4>m\
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor WPbWG$Li
d3
h^L
'&