一. 什么是Lambda (@<c6WS
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 KB`!Sj\
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, Q$1bWUS&
Raxrb=7
iAa.}CI,zB
gVv>9W('
class filler SmdjyK1~8
{ 3z)Kz*xr
public : UA8GL D9
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 3U.88{y
} ; &U
raUl
oe
|)oTv
=2zJ3&9
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: +"cq(Y@
(k) l=]`}
o-{[|/)Tk
Ov4y%Pj
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); o(
RG-$
=/Mq 5.
-pa )K"z
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ?_$=l1vf
y?m/*hh`
G_{&sa
];a=Pn-:}G
二. 战前分析 l@ H
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 @}OL9Ch
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 EB=-H#
jN>{'TqW4
D@|W<i-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); jR22t`4
/* --------------------------------------------- */ ^ZhG>L*
vector < int *> vp( 10 ); fA<[f
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); (m.ob+D
/* --------------------------------------------- */ 8a="/J
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); V\6[}J
/* --------------------------------------------- */ ^G.Xc\^w:
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); QM
O!v;
/* --------------------------------------------- */ QP)pgAc
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); %Nhx;{
/* --------------------------------------------- */ ,TPISs
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); g[Ib,la_a
L %K\C
c^u"I'#Q
/X(t1 +
看了之后,我们可以思考一些问题: 8X`tU<Ab
1._1, _2是什么? pr#z=vqH
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 WObvbaK
2._1 = 1是在做什么? Vf'd*-_!Q<
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 Jd(,/q
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 |8=nL$u
,:`4%
jJY"{foWV
三. 动工 f3{MvAy[
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ]*FVz$>XM
vj\d A2!~
U{z9>
*@Y3oh}S
template < typename T > 6s\Kt3=
class assignment M^iU;vo
{ RIE5KCrGB
T value; iz?tu: \v&
public : /yF QeE
assignment( const T & v) : value(v) {} 2Sp=rI
template < typename T2 > CkD#/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ;SaX;!`39+
} ; Y&_&s7z
NqEA4C
dBe`p5Z
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 &A)B~"[~
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment A~+S1
s]mY*@a%
dd%h67J2<
9^Whg~{
class holder >teOm?@U
{ \ZhfgE8{%
public : ~r$jza~o(
template < typename T > ]Xf% ,iu
assignment < T > operator = ( const T & t) const UIAj]
{ x-<)\L&
return assignment < T > (t); gV`=jAE_
} [],1lRYI9_
} ; 13%t"-@bh
^;maotHn
MpqZH{:?G
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: t|!j2<e
z=_Ef3`M
static holder _1; \,&co
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Nl9I*x^e
7&"n`@(.!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ]oV{t<0a
而不用手动写一个函数对象。 QgD g}\P
W4U@%b do
H_Kj7(=&>
?wF'<kEH
四. 问题分析 |),'9
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。 +sx 8t
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。 J}@z_^|"mJ
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 qYf |Gv
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 o fMY,~w
下面我们可以对这几个问题进行分析。 U
uM$~qf/K
;)I'WQ]Q
五. 问题1:一致性 NeBsv= [-
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?| jhX[fT1m
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 @81Vc<dJ
>'xGp7}y
struct holder p=B>~CH
{ u#A<hq;
//
-0Tnh;&=
template < typename T > M- 2Tz[
T & operator ()( const T & r) const ls `,EFF
{ +|{RE.DL
return (T & )r; f%)zg(YlO
} $GQ-(/
} ; KdUnD4d
-:9P%jWt
这样的话assignment也必须相应改动: ww{_c]My
W$o27f
template < typename Left, typename Right > P^Q[-e{
class assignment maY4g&'f
{ sv(f;ib
Left l; _#s=h_
FD
Right r;
uV hCxUMQ
public : ZBG}3Z
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} }Jh: 8BNuP
template < typename T2 > Xy5s^82?
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 7HJS.047
} ; 9F-
)r'
'snn~{hG
同时,holder的operator=也需要改动: 5,;`$'?a%
G"59cv8z4R
template < typename T > Ty@=yA17
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 0\~Z5k`IT
{ %|l8f>3[
return assignment < holder, T > ( * this , t); 4E[!,zvl
} 3!o4)yJWx
%F9{EXJy
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 YyJPHw)Z
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ia{c
Grz 3{U
return l(rhs) = r; 7"*|2Xq
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 XC3Kh^
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 5Wj;
[2
)
%T=A{<[`
template < typename Tp > zT* .jv
class constant_t +wk`;0s A
{ N_Af3R1_
const Tp t; ^, i>'T
public : F'?I-jtI
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ;C/bJEgdd
template < typename T > +~U=C9[gj
const Tp & operator ()( const T & r) const uH^PQ
{ Hv<'dt$|
return t; 5;TuVU.8Q
} x2#qg>`l
} ; s&{Qdf
PaCzr5!~f
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 jSQ9.%4
下面就可以修改holder的operator=了 5NXt$k5
qG9+/u)\
template < typename T > F{\gc|!i
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 0ZPV'`KGp
{ 9kY[j2,+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 8g7,2f/ }
} kK~IwA
?vGffMm
同时也要修改assignment的operator() 5lJ)(|_
?68uS;
template < typename T2 > :Ze+%d=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } +>g`m)?p
现在代码看起来就很一致了。 =KX<_;E
nxap\Lf
六. 问题2:链式操作 $
Cjk
现在让我们来看看如何处理链式操作。 6vf\R*D|A
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。 ;}.Kb
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~&Mwsi
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。 iY/KSX^~O
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct o8FXqTUcs4
q cA`)j
template < typename T > qturd7
struct result_1 Y
ZaP
{ 7/X"z=Q^|
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Zq ot{s
} ; N\1/JW+
I]J*BD#n.
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: /=#~
!m{2WW-
template < typename T > 9-bG<`v\E
struct ref H.O(*Q=
{ [H"#7t.V-~
typedef T & reference; [ij,RE7,T
} ; g>7Y~_}
template < typename T > {lz G*4?
struct ref < T &> [~k]{[NJ
{ (%Oe_*e}Y
typedef T & reference; ^2M!*p&h
} ; ~j @UlP
DcV<y-`'1
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: azb=(l-
oBlzHBn>0
template < typename T > 8!h'j
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 02]xJo
{ ij&p4
return l(t) = r(t); /'>;JF
} ,R-Y~+!
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。 %XXkVK`
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 1}`LTPW9
nY) .|\|i
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 LnMwx#^*
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: j/<??v4F4
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 iM64,wnA
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 liNON
最后的布局是: -%uy63LbHF
Add !J.rM5K
/ \ 2%]hYr;
Divide 5 cq^sq1A:
/ \ "jU
_1 3 Yn[x #DS
似乎一切都解决了?不。 T~Y g5J
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。 "zZ&n3=@
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。 Io+IRK
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: h1%y:[_
FH n,]Tfx
template < typename Right > (
ji_o^
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const wd`R4CKhP]
Right & rt) const KHJ=$5r)
{ O~Uw&Bq
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 8D~Dd!~P
} q=[U}{
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 (/q}mB
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 x9*ys;~w
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 ucFw,sB1
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 Fi{mr*}
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 T^.{9F]*S
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? dt.-C_MO
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: {dZ8;Fy4
WB"$u2{|i
template < class Action > mSj76'L#
class picker : public Action 2wOy}:
{ .5k^f5a
public : 5fxbA2\
picker( const Action & act) : Action(act) {} H5^Y->
// all the operator overloaded T.euoFU{Z
} ; }Ch[|D=Wd6
}`@?X"r
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。 <d<RK@2-
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: w\v&3T
>huq t|S*9
template < typename Right > :dbV2'vIQ
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const NFM-)Z57
{ Oylp:_<aT
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); W.GN0(uG
} "x.88,T6
.kzms
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > $ACe\R/%
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 qSCTFJ0
6A@Lj*:2m
template < typename T > struct picker_maker o[H\{a>
{ 4]M =q{
typedef picker < constant_t < T > > result; ma`w\8a
} ; O^D c&w
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > \Qb>:
{ qFGB'mIrFz
typedef picker < T > result; EXH!glR[$
} ; ^$?7H>=_ha
!}C4{Bgt*
下面总的结构就有了: +;5Wp$M\
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。 AzW%+ LUD
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。 mKMGdN~
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 fLc!Sn.Y
至此链式操作完美实现。 aq$62>[
lP-kZA!
]
+sSg=N7i
七. 问题3 'II
vub#q
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。 {!>E9Px
<(ubZ
template < typename T1, typename T2 > HK=CP0H
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const re2Fv:4{
{ `=PB2'
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 2M5*bNU_:
} _g^E%@'W
QJniM"8v
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)Fl
9 #.<E5:
template < typename T1, typename T2 > jw2_!D
struct result_2 |q9,,i}!
{ 7v.#o4nPK
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Jq=X!mTd.
} ; `mh-pBVD1
$ $W{HsX
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? vEX|Q\b6'
这个差事就留给了holder自己。 pXGK:ceFu
_wIBm2UO
^/ULh,w!fP
template < int Order > w50.gr7
class holder; f/$-Nl.
template <> "Yc^Nc
class holder < 1 > cWX"e6
{ 5&GQ=m
public : FCUVP,"T
template < typename T > Ac*B[ywA3
struct result_1 nph7&[xQI
{ 5#N"WHz!
typedef T & result; ?[a7l:3-[
} ; {Zd)U "
template < typename T1, typename T2 > P':]A{<Z
struct result_2 d&$.jk8 2
{ BWqik_
typedef T1 & result; &Sa_%:*D(
} ; J7 Oa})-+'
template < typename T > 24.7S LXO
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const bahc{ZC2
{ $;KQY7
return (T & )r; cP$wI;P
} mfp`Iy"}+
template < typename T1, typename T2 > ]k3GFPw
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const E#&c]9QM75
{ 9~Y)wz
return (T1 & )r1; `CTkx?e[
} c)n0D=
} ; cN[q)ts
Ot4; ,UZ
template <> *cI6&;y
class holder < 2 >
?fqkM
{ o0-fUCmC
public : nEZ-h7lzl(
template < typename T > Pv/%s) &y&
struct result_1 v"Ud mv "
{ w;h\Y+Myyk
typedef T & result; It!.*wp
} ; tSh}0N)
template < typename T1, typename T2 > ??esB&