一. 什么是Lambda k`'^e/
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 qMmh2a&
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, 4$@5PS#,
B14z<x}Q
M(jSv
_@ev(B
class filler CM!bD\5
{ Y'DI@
public : 7??+8T#n*
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} i%:oO
KI
} ; Oz-X}eM
;Ze}i/l
?FA} ;?v
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: */u_RJ
o vvR{MTc
l> W?XH
j[F\f>
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); J)"2^?!&B
;vy" i
5.q2<a :
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 OT+=H)/
%}J[EV
L 1H!o!*
V<*PaS..
二. 战前分析 LkK%DY
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 bzF>Efza
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 ;xS@-</:
sC(IeGbX
1I{vBeMj
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); /q^)thJ~
/* --------------------------------------------- */ <v>^#/.0
vector < int *> vp( 10 ); |D~mLs;&
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); {P&{+`sov
/* --------------------------------------------- */ 'JU(2mF
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); G3
rTzMO
/* --------------------------------------------- */ 3X=9$xw_
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Ub2t7MU
/* --------------------------------------------- */ ~:'tp28?
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 7/&i'y
/* --------------------------------------------- */ a\pOgIp
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); WYSqnmi
DvB!-|ek
_kg<KD=P
@a$_F3W
看了之后,我们可以思考一些问题: /99S<U2ej
1._1, _2是什么? :tBIo7
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 lqe|1vN
2._1 = 1是在做什么? H=RzY-\a%
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 X6)%2TwO
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 l25_J.e
<:/Lap#D^
VwvL
三. 动工 js;p7wi
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: FjR/_GPo6
5.! OC5tO
!xk`oW
E)sC:oO
template < typename T > diHK
class assignment i<@"+~n~GK
{ 1Xzgm0OS;
T value; &n$kVNE
public : +q n[F70}
assignment( const T & v) : value(v) {} E+z),"QA
template < typename T2 > sjGy=d{:oL
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } "o_s=^U
} ; K|L&mL&8
&pHSX
@=_4i&]$
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 dynkb901s
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment <<'%2q5
5"sd
h4p<n&)F
4.Kl/b;
class holder P* X^)R
{
=&T%Jm}
public : j<NZ4Rf
template < typename T > D/[;Y<X#V
assignment < T > operator = ( const T & t) const TOT#l6yqdd
{ [}$jO,H5r
return assignment < T > (t); 90wGS_P04
} R?{f:,3R
} ; + Vv+<M
=[JstiT?E
m^!Kthq
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: qu\cU(H|
>Nam@,hm
static holder _1; 8:t!m>(*
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 IA%|OVAfF
QM('bbN
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); MO^Q 8v
而不用手动写一个函数对象。 2dsXG$-W2
_D 9/,n$
nsL"'iQ
]l7 r M"
四. 问题分析 FEH+ PKSc
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。 ^'%Q>FVb
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。 ?K\r-J!Y
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 t:x"]K
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 p[Zk;AT~
下面我们可以对这几个问题进行分析。 oRo[WQla
F/SYmNp
五. 问题1:一致性 u>ZH-nw O
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?| %i6/=
'u
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 3/N~`!zeX
P5KpFL`B
struct holder tWyl&,3?1
{ `pb=y}
// 2BKiA[
;;
template < typename T > |(<A)C
T & operator ()( const T & r) const 4|&_i)S-Y
{ B/*\Ih9y
return (T & )r; ;V?3Hwl
} {SF'YbY
} ; e'yw8U5E/
)3f<0C>
这样的话assignment也必须相应改动: `_()|; !y
wRdN(`;v
template < typename Left, typename Right > x4i&;SP0
class assignment n-9a0_{k
{ XRmE
Left l; m*wDJEKo
Right r; B)*1[Jf{4
public : 63(XCO
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {}
s)jNP\-
template < typename T2 > mBxMDnh
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } b0sj0w /
} ; 1#3eY?Nb
]SAGh|+xl
同时,holder的operator=也需要改动: Fh/psd
@QMU$]&i]
template < typename T > ? o&goiM
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const P2&0bNY
{ e(?1`1
return assignment < holder, T > ( * this , t); D9 Mst6
} {Mb2X^@7
HzL~B#
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。 ~ z^49Ys:
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 0 .UN
qm<-(Qc(W
return l(rhs) = r; ?\I@w4
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。 !3<b#QAXRG
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Jz4;7/
j<QK1d17
template < typename Tp > 1Vkb}A,'
class constant_t iMv):1p>8
{ o=RxQk1N
const Tp t; -'}#j\
public : 9@?|rje9
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ?VCp_Ji
template < typename T > Q8A+\LR~)
const Tp & operator ()( const T & r) const wy^mh.= UX
{ !u:Fn)j
return t; S'`G7ht
} :fDzMD
} ; W0;QufV
AHMvh 7O?
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 OJ7Uh_;/
下面就可以修改holder的operator=了 7Le-f
QE pCU)
template < typename T > elR1NhB|p
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const >Hmho'
{ y<~(}xsHh
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 1;?w#/&t
} Vx:uqzw#
c6 .j$6t
同时也要修改assignment的operator() ?9 W2ax-4
_dECAk
&b
template < typename T2 > C8i4z
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } aK(e%Ed t"
现在代码看起来就很一致了。 ADM!4L(s4}
`9k\~D=D~
六. 问题2:链式操作 t0Lt+E|J
现在让我们来看看如何处理链式操作。 4uh~@ Lv
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 *y(UI/c
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 uhv_'Q
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 *3h_'3yo@
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct s0CDp"uJY
i+Mg[x$.
template < typename T > l^%52m@{
struct result_1 fGW~xul_
{ \F\xZ.r
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ;mr*$Iu 7|
} ; [z*1#lj S
6-\'
*5r
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: il"pKQF
J9f]=1`
template < typename T > =EH/~NGk
struct ref U]B-B+-
{ Bk@EQdn
typedef T & reference; EY.m,@{
} ; ,1.Td=lY$
template < typename T > W6r3v)~
struct ref < T &> ~9,Fc6w4`+
{ 2|(lKFkQ
typedef T & reference; {lUaN0O:
} ; rmFcSolt,f
PBcb*7W
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: C[l5[DpH
.eorwj]yb
template < typename T > Q ~n%c7
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const #;+SAoN
{ `Tk~?aY
return l(t) = r(t); 3qDbfO[
} U'~]^F%eyu
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。 DMSC(Sz
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 e~9g~k]s
I47sq z7
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 h2= wC.
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: B?e]
Ht
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 -6X+:r`>u
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 \.GA"_y
最后的布局是: 'F:Tv[qx
Add b `}hw"f
/ \ Z^%HDB9^
Divide 5 ~zvZK]JoX
/ \ G_WHW(8
_1 3 H;DjM;be
似乎一切都解决了?不。 )(c%QWz
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。 IJ:JH=8
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。 #BgiDLh
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: E}#&2n8Y
10GU2a$0"$
template < typename Right > ICc:k%wE7
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const {h.j6
Right & rt) const xK5~9StP
{ 9A|9:OdG1
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ^ ]+vtk
} ~LP5hL
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 "5EL+z3v
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。 # $'H?lO
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。 TQ%F\@"
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。 :KGPQ@:O
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。 |1e//*
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? ^7t1'A8e<
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/l6c P
m6A\R KJ'
template < class Action > b?,=|H
class picker : public Action ZG~d<kM&8s
{ CAN1~
public : OsRizcgdA
picker( const Action & act) : Action(act) {} SO<9?uk.
// all the operator overloaded C<w&mFozL
} ; QHnC(b
'tjqfR
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。 lvLz){
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: aB`jFp-
jw0wR\1
template < typename Right > k[@/N+;")`
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ,"YTG*ky
{
\]dvwN3x
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); L@ejFXQg
} x,fL656t
rfr]bq5
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > K}'?#a(aX=
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。 Dz8aJ6g
o,@(]e~
template < typename T > struct picker_maker <\P
`<
{ 'T;;-M3*
typedef picker < constant_t < T > > result; -MFePpUt
} ; J6<O|ng::
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ksUF(lYk
{ .>LJ(Sx9b
typedef picker < T > result; Q8.LlE999
} ; e{*yV#Wl
Wr'1Y7z
下面总的结构就有了: ViG>gMG v
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。 ?I\,RiZkz^
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。 8xkLfN|N=
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 uf"(b"N0
至此链式操作完美实现。 jX^_(Kg
5du xW>D
;82?ACCP
七. 问题3 0s RcA -9
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。 su3Wk,MLP
t J&tNSjTi
template < typename T1, typename T2 > #&%>kfeJ)<
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ^`Hb7A(
{ Z9Z\2t
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); nlaW$b{=
} t+{vbS0
aK7}}
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: 2.
v<pqn
<y&&{*KW8m
template < typename T1, typename T2 > T)',}=
struct result_2 BfD&