一. 什么是Lambda dF/HKBJ
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ^-i<TJ
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, L
2:N @TP
RTR@p =ck
)w3HC($g
5L8 )w5
class filler zL,B?
{ Us*"g{PQ
public : ^|0>&sTHOH
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ?yqTLj
} ; NN;'QiE
urK[v
=-U8^e_Y
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: YKT=0
IJt8*
cw
d*{NAq'9X
V
K)%Us-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); o1(?j}:c|
M;Dk$B{;R
HQOz
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 /Sag_[i
bAa+MB#A
^E3 i]Oem
Y]R;>E5o|
二. 战前分析
3l8k O
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。 :>'4@{'
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 {a `#O9
,m-/R
D7"RZF\)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); YzD6S*wb
/* --------------------------------------------- */ {KO+t7'Q
vector < int *> vp( 10 ); PLmf.hD \
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); v!EE[[
/* --------------------------------------------- */ Q7b$j\;I
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); &7CAxU;i3
/* --------------------------------------------- */ wUbs9y<
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); O$Z<R:vVA
/* --------------------------------------------- */ L93KsI
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); M(_1'2
/* --------------------------------------------- */ }.j09[<
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); RC| t-(Z
{tlt5p!4
<!r0[bKz@
/Ky xOb)
看了之后,我们可以思考一些问题: LT ZoO9O
1._1, _2是什么? &CEZ+\bA
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。 "}jY;d#n
2._1 = 1是在做什么? =(x W7Pt~
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。 z sZP\
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。 $stBB
hnbF}AD
C/{tvY /o
三. 动工 L,B#%t
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: aF~ 0\XC
{IlX@qWr
`1eGsd,f
z`:uvEX0
template < typename T > =U_WrY<F
class assignment SqF9#&F
{ e(NpX_8
T value; )K0BH q7r
public : (gn)<JJS}
assignment( const T & v) : value(v) {} fq"<=
template < typename T2 > ?xbPdG":R
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ma<+!*|
} ; [e:mRMi
cF7efs8u
;P{HePs=)
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 _26~<gU8
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment itmdY!;<
dsh S+d
OEN!~-u
Y^Olcz
class holder w/`I2uYu
{ -m.SN>V
public : p+;[i%`
template < typename T > QlHxdRK`.
assignment < T > operator = ( const T & t) const A\jX #gg
{ RU1+-
return assignment < T > (t); \v'\
Ea~
} Q]q`+ Z65
} ; +H7lkbW
_p~lL<q-K[
;&N;6V"}
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: _;Q1PgT
3\xvy{r
static holder _1; PV*U4aP
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 R0n#FL^E
8p?Fql}F[
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %z(nZ%,Z
而不用手动写一个函数对象。 -}B&>w,5
@} 61D
F .(zS(q
;eG,T-:
四. 问题分析 L%[om c?
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 uH}cvshv
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 o0nKgq'w|x
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 J8T?=%?=
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 _dT,%q
下面我们可以对这几个问题进行分析。 W+&w'~M
~
cKmf]
五. 问题1:一致性 eJ+uP,$
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?| }K!)Z}8
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 b-1cA1#_cP
!NNq( t
struct holder dJZMzn
{ J~6-}z
// >&|C
E2'
template < typename T > _7AR2
T & operator ()( const T & r) const BnLM ;5
>
{ 5/:BtlFx
return (T & )r; VPB,8zb]
} bN6FhKg|
} ; cI9} YSk
~v2E<S3
这样的话assignment也必须相应改动: +w
;2k w
A{5^A)$
template < typename Left, typename Right > *20$u% z2
class assignment `Ns$HV
{ ZYy,gu<
Left l; Q)\~=/Lb
Right r; y^o*wz:D*
public : bIR AwktD
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Q1fJ`A=
template < typename T2 > q
F\a]e
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 7j&iHL
} ; ?I6us X9$
nV|H5i;N7
同时,holder的operator=也需要改动: e B`7C"Z
K[%)_KW
template < typename T > ,DN>aEu1
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ;T Af[[P
{ HQ8oOn
return assignment < holder, T > ( * this , t); nQ/R,+6h
} fh0a "#L{
8._
A[{.f
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。 L#Mul&r3x0
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 YxEc(a"
K5O#BBX=
return l(rhs) = r; zFy0SzF
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。 t;7 tuq
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: v-;j44sB
p#VA-RSUQ|
template < typename Tp > N|n"JKw)
class constant_t ,4bqjkX5q
{ "T`Q,
const Tp t; <q
V<dK&W
public : H'fmQf
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} a9CY,+z5B
template < typename T > Le&SN7I
const Tp & operator ()( const T & r) const r sf +dC
{ ]V,wIyC
return t; Sga/i?!
} nATEv2:G
} ; }uJH!@j
!ejLqb
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 - J9K
下面就可以修改holder的operator=了 'N?,UtG R
EkV
LSur
template < typename T > #K8kz
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const g1JBssw&m
{ }B=`nbgIG7
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); orB8q((
} ;(cqaB
#$&!)13
同时也要修改assignment的operator() l.ri]e
|[ymNG
template < typename T2 > *_
2db
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ;aJBx
现在代码看起来就很一致了。 S&y (A0M
(nWi9(}J
六. 问题2:链式操作 A.aUWh
现在让我们来看看如何处理链式操作。 E2 M|b
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 @Sxb}XI!f
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 i%m]<yElm
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 1l$c*STK
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct :Ogt{t
#&JhA2]q
template < typename T > ).[Mnt/Ft
struct result_1 ~J}{'l1{yf
{ eyq8wQT
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Q`nsL)J
} ; =2[5g!qX
'.jr" 3u
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: R;2tb7 o
}%K)R5C
template < typename T > =-XI)JV#
struct ref 0{0|M8
{
jpcbW
typedef T & reference; YK[PC]w
} ; Q/oe l'O*x
template < typename T > ai7*</ls
struct ref < T &> Ob:}@jj
{ N/ 7Q(^
typedef T & reference; E1(2wJ-3"
} ; KkVFY+/)
N"X;aVFs_
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ?[n{M
a}~Xns
template < typename T > y8=(k}=3
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const NA5AR*f'
{ B3Id}[V
return l(t) = r(t); 5l"/lGw
} W`}C0[%VW
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。 @D<q=:k
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 =+K2`=y;WF
zmV5k
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 VqzcTr]_
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: AS;EO[Vn
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 1&S34wJF
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 95Q{d'&
最后的布局是: da c?b(
Add [D[&aA
/ \ Z^AOV:|m
Divide 5 q.s 2x0
/ \
~f/nq/8
_1 3 cVHv>nd#
似乎一切都解决了?不。 =.q
Zgcg
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。 $i s|B9B
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 JZQT}
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: Gw3H1:yo
]JQ';%dne
template < typename Right > 2hOr#I$/
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const y H\z+A|
Right & rt) const E^uWlUb{
{ 7M~w05tPh
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); }yde9b?F
} "i+fO&LpZ
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 nwH'E
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。 ]#n,DU}V
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。 DOi\DJV!
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。 C_>dJYM
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@KN+
C
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? h^{D "
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: (E'f'g
Ne^md
template < class Action > %O$4da"y
class picker : public Action x.Sq2rw]V
{ p&Usl.
public : NXQdy g,
picker( const Action & act) : Action(act) {} y:TLGQ0
// all the operator overloaded JTH8vk:@
} ; Jvysvi{8
%G~f>
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 cN/8b0C
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: cTy;?(E
D8u_Z<6IjI
template < typename Right > giU6f!%
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const _x<CTFTL
{ Vz$X0C=W;H
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); [cSoo+Mlx
} Vx1xULdY
KMsm2~P
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ?eUhHKS5
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。 aE0yO#=
*ujn+0)[
template < typename T > struct picker_maker `WDN T0@M
{ _e/>CiN/
typedef picker < constant_t < T > > result; 'je=.{[lWt
} ; 7<W7pXDp
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > <VB;J5Rv
{ Etk`>,]Y>y
typedef picker < T > result; zY@|KV"^r
} ; 1b)^5U ;
B dHLow
下面总的结构就有了: ulM6R/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。 vi+k#KE
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。 92}UP=RW!
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 VH&6Tm1
至此链式操作完美实现。 V,=V
$7q'Be@{
\IZfp=On
七. 问题3 pgK)
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。 Xne{:!btw
KsZXdM/
template < typename T1, typename T2 > +we3BE.
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const p9*#{~
{ jPG&Ypm1
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); p #:.,;
} ps:|YR
v#EXlpS
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: =i jGB~
r"s
<;
template < typename T1, typename T2 > $i@~$m7d-
struct result_2 s'yA^
VPf
{ 2"
(vjnfH
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ] -O/{FIv
} ;
xviz{M9g
ejYJOTT{^
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? ADoxma@
这个差事就留给了holder自己。 w{$t:l)2,
HbWl:y U
D{~mJDUzK
template < int Order > T7eo_Mn
class holder; B|#*I[4`w@
template <> a%2r]:?^?
class holder < 1 > K-VNU
{ MH{$"^K
public : #`P4s>IL1
template < typename T > V9 <!pMj
struct result_1 mZ9+.lm
{ %;0Llxf"
typedef T & result; yQ)y#5/<6
} ; wTBp=)1)f
template < typename T1, typename T2 > 9)={p9FZY
struct result_2 I>X _j)
{ j'lfH6_')e
typedef T1 & result; v%t "N
} ; D0(QZrVa
template < typename T > q|)8VmVV
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const &f1dCL%z7
{ E7E>w#T5
return (T & )r; g0w<vD`<g
} $0rSb0[
template < typename T1, typename T2 > W2Y%PD9a
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const
:~JgB
{ e6{}hiM
return (T1 & )r1; 1X\dH<B}
} 6yZfV7I
} ; Cg NfqT0
B42.;4"T
template <> %h;~@- $
class holder < 2 > Bfw]#"N`
{ =8`,,=P^
public : ~fLuys`*:
template < typename T > r5::c= Cl
struct result_1 n m4+$GW
{ $Oa}U3
typedef T & result; k?|l;6
} ; z38&