一. 什么是Lambda ?A 5;"
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 2W)KfS
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, Wtflw>-
@^b>S6d"
u4[rA2Bf8E
YXGxE&!
class filler 1(Lq9hs`
{ /8lmNA
public : +a'nP=e&
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} $,1KD3;+]
} ; @8SA^u0
In}~bNv?
BM02k\%
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: nTz(
{q
ZgxpHo
e~$aJO@B.R
k|
>zauK
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Dwah_ p8
vVbS
4_
u4:6zU/{
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 '5P:;zw
:U'Oc3l#Y
c+UZ UgP
zY&/lWW._
二. 战前分析 I -V=Z:
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。 F'njtrO3
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 sfCU"O2G
z s[zB#
I$I',x5Z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); #2qv"ntW
/* --------------------------------------------- */ 8fQXif\z
vector < int *> vp( 10 ); =o4McV}
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); s&6/fa
/* --------------------------------------------- */ FW"gj\
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ? UBE0C
/* --------------------------------------------- */ 5Yx
7Q:D
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 257q%"
/* --------------------------------------------- */ ->&amPv
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); '\Uy;,tu /
/* --------------------------------------------- */ 2L7ogyrU/A
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); -qDL':
U~<~>^[
k FE<M6a9@
J-~:W~Qx4N
看了之后,我们可以思考一些问题: Ng\]
1._1, _2是什么? S6c>D&Q
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。 U5H5QW +
2._1 = 1是在做什么? qmbhx9V
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。 oMF[<Xf
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。 PkDh[i9Z|
|`@7G`x
lD?]D&
三. 动工 ]bAw>1,NVD
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: v`~egE17
HJOoCf
3xpygx9
WI\h@qSB
template < typename T > Hr=?_Un"
class assignment x7c#kU2A&Z
{ #h2 qrX&+
T value; .&n;S';"
public : lAPPng`
assignment( const T & v) : value(v) {} *Q,9 [k
template < typename T2 > s^-o_K\*c
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } o1rH@ D6/-
} ; :74G5U8%
5m
rkw
0|`iop%(n
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 +(##B pC
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment wRQMuFGY
VJ|80?4h
M7\K iQd
wWB^m@:4
class holder Xe<kdB3
{ rA1;DSw6E[
public : 5OHF=wh
template < typename T > Rj/ y.g
assignment < T > operator = ( const T & t) const O*hQP*Rs
{ J"yq)0
return assignment < T > (t); <l^#FH
} ZNY),3?
} ; J8PZVeWx
}wV/)Oy[
wy#5p]!u
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: g42Z*+P6N
RRR=R]
static holder _1; pL{:8Ed
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 5s1XO*s)>X
^%m~V LH
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); jo[U6t+pj7
而不用手动写一个函数对象。 D
P+W*87J
'8UhYwyr
to;cF6X
$3{I'r]
四. 问题分析 (KdP^.7
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。 Z}$1~uyw
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ^h"F\vIpV
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ]Kp -2KW
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 MHAWnH8
下面我们可以对这几个问题进行分析。 #i[V{J8.p
7>yb8/J
五. 问题1:一致性 =1% <
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| RV, cQ K
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 MF.$E?_R
\$D41_Wt|
struct holder ;F\sMf{
{ #l-/!j
// >I;J!{
template < typename T > vK8!V7o~h%
T & operator ()( const T & r) const z]R)Bh
{ <'z.3@D
return (T & )r; GQ=Pkko
} 8Z(\iZ5Rgj
} ; EY'48S
5tm:|.`SQ
这样的话assignment也必须相应改动: -Oc
NUGiDJ+[
template < typename Left, typename Right > &3bh K5P
class assignment }n$I #G}\/
{ 84M*)cKR~
Left l; oD~q/04!
Right r; $1;@@LSw
public : 9Gk#2
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} -v62 s
template < typename T2 > '7>Yrzq
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } OiMr,
} ; zr[|~-
DO9_o9'
同时,holder的operator=也需要改动: |bv7N@?e
\-R\xL
template < typename T > Z6_E/S
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const nO .:f
{ K.: :P84m;
return assignment < holder, T > ( * this , t); Tlz~o[`&
} r>x>aJ
be:=-B7!
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 )dZ1$MC[
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 3C(V<R?
jinXK
return l(rhs) = r; h&m4"HBL_
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。 $o>6Io|D
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: L s(l
udGZ%Mr_
template < typename Tp > qq[Enf|/y
class constant_t Ai.^~#%X
{ R#Hz%/:|A
const Tp t; TWTh!
public : P_%kYcX'
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} rZ^VKO`~I1
template < typename T > ,U#FtOec
const Tp & operator ()( const T & r) const spv'r!*\ed
{ +]jJ: V
return t; 4+4C0/$Y
} uE:`Fo=y
} ; @8'LI8 \/
iVqXf;eB!5
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 4dI=
下面就可以修改holder的operator=了 C9"yu&l
|A19IXZ\
template < typename T > &(,-:"{pNR
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const *4RL
{ Xrd-/('2
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); T96M=?wh!
} P'D'+qS
%~^:[@xa*
同时也要修改assignment的operator() 'w~e>$WI
[eO6H2@=z
template < typename T2 > XZ[3v9?&n
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } MFO1v%m
现在代码看起来就很一致了。 !DNk!]|
LXx`Vk>ky
六. 问题2:链式操作 -x2&IJ!
现在让我们来看看如何处理链式操作。 %] [6TZ}
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[Ywp!y[
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。 a&s&6Q|Y
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。 Q!v]njCIB7
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 2RC@Fu~zaU
dn|OY.`|
template < typename T > NGOyd1$7N
struct result_1 j`ybz G^
{ tboc7Hor4
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; =y WHm
} ; 1i:Q
%E
F
n`2LGc[rP
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: `]4bH,%~
7Hzv-s
template < typename T > 7=[/J*-m
struct ref R?H[{AX
{ Onj)AJ9M0r
typedef T & reference; mUjM5ceAXO
} ; o`}(1$a>
template < typename T > Trt1M
struct ref < T &> Tl`HFZQ1
{ f4r)g2Zb[
typedef T & reference; h^=9R6im
} ; RqRyZ*n
Nr:%yvk%s
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: {'1e?
muKCCWy#
template < typename T > !0!r}#P
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const #5}v?
{ /E<:=DD<
return l(t) = r(t); _"c:Z !L
} ".Sa[A;~
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。 1]]#HTwX
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 i :Sih"=
Nvj0MD{ X
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 rX@?~(^ML
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Spt;m0W90
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 +W[NgUrGJ
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 mr\C
最后的布局是: [3fmhc
Add wA?q/cw C
/ \ ]Wdnr1d~8
Divide 5 <^Sp4J
/ \ wzz>N@|
_1 3 KB6`OT^b{r
似乎一切都解决了?不。 ooIA#u
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。 4oA9|}<FR
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。 tB==v{t
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: |]'0z0>
C}8 3t~Q
template < typename Right > ~#y( ]Xec2
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const z`KP
}-
Right & rt) const &n-)Alx
{ e<1)KqG
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); +je{%,*
} @]xHt&j
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 J{h?=vK
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。 @'fWS^ ;&
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。 MZK%IC>
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。 ZAa:f:[#f
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。 0;avWa)Q
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? wwVg'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: >[a&,gS
`;\~$^sj}
template < class Action > E
(bx/f
class picker : public Action VSW"/{Lp
{ 4NxI:d$&*
public : a<d$P*I(cH
picker( const Action & act) : Action(act) {} -G@:uxB
// all the operator overloaded _rj B.
} ; X>kW)c4{b
kb2M3%6V
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 ?2i\ERG?
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: j#[%-nOT
z((9vi W
template < typename Right > )h,-zAnZ
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const hR(p{$-T
{ unN=yeut
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); F vae lB
} x!QA* M
1y}tPkOe7O
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > bc(b1u?
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。 yOr5kWqX
>a$b4
pvh
template < typename T > struct picker_maker ,J ZM%f
{ 2X!!RS>qg
typedef picker < constant_t < T > > result; I^itlQ
} ; <9yB& ^
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > IM$I=5ye
{ C3GI?|b
typedef picker < T > result; }j6<S-s~
} ; gi5Ffvs$
?Y|*EH
下面总的结构就有了: C:$pAE(
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 TB(!*t
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 VaLl$w
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 f%cbBx^;
至此链式操作完美实现。 #,PB(
SlojB ^%
V^ 5Z9!
七. 问题3 =V*4&OU
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。 R'1L%srTM+
5KvqZ1L
template < typename T1, typename T2 > 2z615?2_U
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const #uillSV
{ DY6ra% T
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); (D
<o=Q
} 7UA|G2Zr
j3yz"-53e
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: |cd=7[B
hD!9[Gb
template < typename T1, typename T2 > >$dkA\&p