一. 什么是Lambda *ZFF$0}
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 H)EL0
Kv/
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, o4Cq /K
A1`6+8}o;b
lNtxM"G&
*[*q#b$j
class filler }xi?vAaTl
{ V{w &RJ
public : )Q>Ao.
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 5`g VziS!S
} ; }V`_(%Q-e
-K H"2q
o?j8"^!7
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: c3o3i
z;Fz3s7
_\Z'Yl
dqo-.,=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 1~3dX[&
:Ea|FAeK8
;Bj&9DZd
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 %<[{zd1C-
* fj`+J
uOy/c 8`
v ?}0h5
二. 战前分析 M X7Ix{
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。 \i@R5v=zL
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 .:B>xg~2
);6f8H@G
"PO8 Q
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); AI#.+PrC{/
/* --------------------------------------------- */ H$ g*
vector < int *> vp( 10 ); 1#Hr{&2
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); !E_|Zp]up
/* --------------------------------------------- */ qSG0TWD!pq
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); )pT5"{
/* --------------------------------------------- */ ;aX?K/
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); @TX@78fWz=
/* --------------------------------------------- */ )*{B_[
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Sy4|JM-5
/* --------------------------------------------- */ U1pE2o-
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); p@uHzu7
b4bd^nrqV
MSeg7/ MF
=T&<z_L
看了之后,我们可以思考一些问题: 5U4V_*V
1._1, _2是什么? B8n[ E
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。 ~gGkw#
2._1 = 1是在做什么? ^blw\;LB
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。 DI2e%`$
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。 ls!A'@J
!Ko>
!G0Mg; ,
三. 动工 VwZ~ntk
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ;in-)`UC!
Q^nfD
cfa1"u""e
B@0#*I
Rm
template < typename T > ~> lqEa
class assignment "VSx?74q
{ Ak('4j!*}^
T value; [u2t1^#Ol
public : {=mGXd`x?l
assignment( const T & v) : value(v) {} {6:*c
template < typename T2 > #OM)71kB8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } <OKc?[
} ; ag47 $9(
alHA&YC{K
Q1x&Zm1v
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 hhZ%{lqL
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment <bSPKTKL
J`GL_@$q
$,U/,XA
{E
,*d8T7T
class holder SlR//h
{ ZAN~TG<n
public : >(.|oT\Tb
template < typename T > =#y;J(>~|
assignment < T > operator = ( const T & t) const PQSmBTs.
{ KA?%1s(kJ
return assignment < T > (t); sCrP+K0D
} ,zHL8SiTX
} ; tcv(<0
V,d\Wk k/
O_4B>
)zd
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: jaKW[@<
x< 2]UB`
static holder _1; R<6y7?]bZ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Qg(;>ops
}8aqSD<:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); SE^l`.U@
而不用手动写一个函数对象。 :?g+\:`/0j
,@?9H ~\
rXD:^wUSc
Fb%?qaLmCv
四. 问题分析 9wldd*r
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。 &,jUaC5I
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。 p!^K.P1 '
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 8zj&e8&v
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 5 D^#6h 4
下面我们可以对这几个问题进行分析。 l/zv >
MkJBKS
五. 问题1:一致性 qAH^BrJ
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?| $6wSqH?q
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 C12V_)~2
J@_^]
struct holder ly[dV.<P
{ GuU-<*u(d
// ^GY^g-R
template < typename T > O)VcW/
T & operator ()( const T & r) const n(eo_.W2|
{ 5!qf{4j
return (T & )r; *p\Zc*N;%
} z`E=V
} ; K2xHXziQ
XL.f`N.O
这样的话assignment也必须相应改动: <iU@ M31
np6G~0Y`
template < typename Left, typename Right > 0,DrVGa
class assignment ^IuhHP
{ a?r$E.W'&
Left l; r2.w4RMFua
Right r; Qr~!YPK\
public : qwj7CIc(
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} jF}kV%E
template < typename T2 > dG5jhkPX
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } AmDOv4
} ; M3@qhEf?vk
s<!G2~T
同时,holder的operator=也需要改动: w[gt9]}N
a7ZufB/
template < typename T > sZ&|omN
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const S8/~'<out
{ H(76sE
return assignment < holder, T > ( * this , t); ]zJO)(d$>
} aaY AS"/:
ij-'M{f
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 } (-9d
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 CV"}(1T
Q`AlK"G,
return l(rhs) = r; !PEKMDh
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 FauASu,A
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: sa o &
zM&ro,W
template < typename Tp > :AztHf?X
class constant_t rY^uOrR>j*
{ w$f_z*/
const Tp t; HSG Ln906
public : |*g#7YL
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Y3:HQ0w`|
template < typename T > ,s3|
const Tp & operator ()( const T & r) const 6&SNFOX{@
{ zytN leyc
return t; \z !lw
} m6BUKX\m
} ; Ii[U%
;u'VR}4ph
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ^\O*e)#*
下面就可以修改holder的operator=了 Y"8@\73(R
:K2
X~Ty
template < typename T > ~"`e9Im
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const hjg1By(
{ .p e3L7g
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Q34u>VkdQI
} gF)-Ci
`f~bnL
同时也要修改assignment的operator() j`.&4.7+
#
f-hI
template < typename T2 > G2I%^.s
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } _%2ukuJ `
现在代码看起来就很一致了。 Fik;hB
"0;WYw?
六. 问题2:链式操作 7:vl -ZW
现在让我们来看看如何处理链式操作。 k0V]<#h87
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。 r7R'beiH
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。 z3S"1L7
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。 =h-EN_[
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct \D z? h
/FXvrH(
template < typename T > F6yFKNK!n
struct result_1 pIK:$eN!/
{ fG>3gS6&
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; *Ts$Hj[
} ; "QXnE^
\a;xJzc9
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: -avxH?;?7
>e6 OlIW
template < typename T > Iga+8k
struct ref aIa<,
{ nD
eVY K
typedef T & reference; Het"x
} ; 8493Sw
template < typename T > KM[0aXOtv
struct ref < T &> AH'c:w]~
{ !zOj`lx
typedef T & reference; Xv!Gg6v6
} ; &K'*67h
M("sekL
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: w#A\(z%;x
?C fQwY#N
template < typename T > }W 5ks-L6
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const u5ZyOZ;
{ ~3gazTe9
return l(t) = r(t); l@GJcCufE
} hE=xS:6
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。 OV;VsF
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 | VaJ70\o
!6X6_ +}M
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 P/ 6$TgQ
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: v?]a tb/h`
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 F68eI%Y
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 [sH3REE1h
最后的布局是: Rf`_q7fm
Add %b*N.v1+
/ \ M-h+'G
Divide 5 LRu*%3xx
/ \ yKj}l,i~8
_1 3 +zch e
似乎一切都解决了?不。 J'ce?_\?PY
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。 }Em{?Hqy
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。 8f~x\.
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: cd1-2-4U
iupkb
template < typename Right > MQw}R7
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const %+Nng<_U\T
Right & rt) const |k}L=oWE
{ Vv(buG
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); FD E?O]^
} >i
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 3]kM&lK5\
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。 deYv&=SPl
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。 /# Jvt
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。 1-^D2B[-
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。 oZ/"^5
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? sdO8;v>
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: Pi5MFw'v
!\{2s!l~
template < class Action > r3' DXP
class picker : public Action EmO[-W|2
{ X(x,6cC
public : Jy}~ZY
picker( const Action & act) : Action(act) {} h9m|f|cH
// all the operator overloaded <?IDCOt ?
} ; %E@o8
m_Ed[h/I
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。 lq53
xT
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: &D[M<7T
3YLfh`6
template < typename Right > m4OnRZYlw
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const -E6av|c,F
{ )! rD&l$tE
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); k?Hi_;o
} LvS5N)[
-6-rXD
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Ww8U{f
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。 )?radg
jEQ_#KKYJ
template < typename T > struct picker_maker wxK71OH
{
W^^0Rh_
typedef picker < constant_t < T > > result; g,WTXRy
} ; X1P1
$RdkR
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 4.,|vtp
{ l]&A5tz3
typedef picker < T > result; 3 $%#n*
} ; ,2Ed^!`
ZGH
7_K
下面总的结构就有了: rMJ@oc
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。 ~.^:?yCA
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。 J&h59dm-
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 Xlug{ Uh
至此链式操作完美实现。 'qiAmaX
mz1m^p)~{
a'Cny((
七. 问题3 $H3C/|
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 1&e8vVN
H74'I}
template < typename T1, typename T2 > <!G /&T
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const S"Vr+x?
{ UGM:'xa<T
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 9=iMP~?xF
} Q`J U[nY
W?E01"p
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: y=\&z&3$
Oz\J+
template < typename T1, typename T2 > ,)\G<q
yO6
struct result_2 9(HGe+R4o
{ @+M1M2@Xz
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; \NDW@!X
} ; q'H6oD`
|j'@no_rv
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? Kk=>"?&
这个差事就留给了holder自己。 V]Ccj\Oi
w-)JCdS6Tb
{-7ovH?
template < int Order > _G-6G=q
class holder; VWdTnu
template <> Iw?^
class holder < 1 > d=+zOF
{ 3C=QWw?
public : dMjQV&
template < typename T > t4;gY298
struct result_1 @~$=96^
{ KMb'm+
typedef T & result; $Nvox<d0
} ; )2W7>PY
template < typename T1, typename T2 > z<