一. 什么是Lambda =&U`9qN
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 u}jrfKdE
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, n.$(}A
ijZ>:B2:
*Z kss
rY70^<z
class filler vZjZb(jlN
{ =Sxol>?t
public : #s"B-sWE
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} #}o<v|;
} ; 'Ji+c
i ^|@"+
4,}GyVJFb`
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: jMU9{Si
I-:`cON=G
Vewzo1G2
y4F^|kS) [
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); gg]~2f
-J$g(sikt
moO_-@i
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 'h*Zc}Q:
TlPVHJyt
:m`/Q_y"
gue(C(~.k_
二. 战前分析 sbla`6Fb
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。 Yo2Trh
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 ROoE%%8I
hx!`F
Nlt4)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); f=ib9WbR#
/* --------------------------------------------- */ TETsg5#
vector < int *> vp( 10 ); .hN3`>*V
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); p.Y$A
if.
/* --------------------------------------------- */ YvTA+yL
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); `"Dy%&U
/* --------------------------------------------- */ gMZ&,n4
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); u%opY<h
/* --------------------------------------------- */ <o@ )SD~K
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); #v8Cy|I
/* --------------------------------------------- */ 79tJV
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); yiT{+;g^
`Cj,HI_/*
*Q/E~4AW|t
H1Xov r
看了之后,我们可以思考一些问题: ,OB&nN t>
1._1, _2是什么? Nmf#`+7gCI
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 N1?
iiv
2._1 = 1是在做什么? C4_t_N
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 bj.]o*u-
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 T 46{*(
V_]-`?S
@3 "DBJ
三. 动工 cEi<}9r
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: a;p6?kv
Ihef$,
LXxl ?D
#$u ZDQY_
template < typename T > P1QB`&8F
class assignment eCL?mh K
{ [+DNM
2A
T value; 7ukDS]
public : CjZ6NAHc
assignment( const T & v) : value(v) {} '#f?#(
template < typename T2 > >@Khm"/T
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } JS2!)aqc
} ; {G.{ad
YHh u^}|jQ
y Hw!#gWM
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 bV7QVu8
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 6SAQDE
[NR1d-Wg
m?vAyi
~y%7w5%Un
class holder q_58Lw
{ 3mA/Nu_
public : Vx(;|/:
template < typename T > !L$oAqW
assignment < T > operator = ( const T & t) const =0Y'f](2eW
{ *<3iEeO/R
return assignment < T > (t); EEg O
} 9oD#t~+F4
} ; tQnJS2V"{u
F\P!NSFZV
ke</x+\F
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: |vN$"mp^a
B)d@RAk
static holder _1; 9;:7e*x]lc
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 k7[)g]u
/
GZV_H%v
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); mZ &]
而不用手动写一个函数对象。 OAyE/Q|
A3!2"}L
$YR{f[+L
w
%,E7vYjT%
四. 问题分析 fa.f(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。 L%4tw5*N
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。 zN/Gy}
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Xa6qvg7/
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 CCwK8`%
下面我们可以对这几个问题进行分析。 w5=EtKTi
W.sD2f
五. 问题1:一致性 ,|>nF;.Y
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?| ],#ZPUn
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 m&{rBz0
$q=hcu
struct holder IT7:QEfKU
{ PE +qYCpP9
// ";58B}ki
template < typename T > _"`/^L`Q?
T & operator ()( const T & r) const w7[0
{ zkvH=wL
return (T & )r; :4b- sg#
} m
R"9&wq
} ; 8^NE=)cb7w
fjG /dhr
这样的话assignment也必须相应改动: {S# 5g2
OQ
0b$qw
template < typename Left, typename Right > nFSG<#x\
class assignment ]dQZ8yVK
{ !DCVoc]pV
Left l; LE Jlo%M
Right r; /Ir 7
DZK
public : yA457'R1
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} @#J H=-06
template < typename T2 > Y-?51g [u
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 72%
{Wh/
} ; ~9]Vy
(L
1gO//fdI
同时,holder的operator=也需要改动: j=p|'`
D DZTqsws
template < typename T > qRWJ-T:!F
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const FxMMxY,*%
{ S:DcfR=a
return assignment < holder, T > ( * this , t); FkLQBpp(x
} O{O9}]6
7Co3P@@
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。 $4&8U ~Zs
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 J#_\+G i
P'KY.TjWb
return l(rhs) = r; vsxvHot=
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。 "1E?3PFJ
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Ni/|C19Z
jAsh
template < typename Tp > iOE9FW|e
class constant_t .kz(V5
{ (p}9^Y
const Tp t; K>`m_M"LA
public : !;6W!%t.|
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} $=X!nQ& Z|
template < typename T > @faF`8LwA
const Tp & operator ()( const T & r) const MX%|hIOpr
{ }"!6Xm
return t; i@sCMCu6
} pvK \fSr
} ; 1j_aH#Fz:
}C9VTJs|
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 F^J&g%ql
下面就可以修改holder的operator=了 0fEZD$
@D( KuF
template < typename T > eU<]h>2
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const "@F*$JGT y
{ ;w>Q{z
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); KI^ q 5D ?
} @*AYm-k
Ss*LgK_
同时也要修改assignment的operator() R
A-^!4tX
3g4vpKg6c
template < typename T2 > *=r@vQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } d{(s-
现在代码看起来就很一致了。 <<~lV5
^*j[&:d
六. 问题2:链式操作 j58Dki->.
现在让我们来看看如何处理链式操作。 T(t
<Ay?c
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 [0(
E>vm
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 {3_F fsg`
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 j@!BOL~?
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct S S7D1
x|P<F 2L
template < typename T > |sDG>Zq?
struct result_1 `*.r'k2R
{ w%!k?t,*]
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; .je~qo)
} ; A@fshWrl%
J?UZN^
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: "1=.5:yG
S.?\>iH[
template < typename T > |>m# m*{S
struct ref !ds"88:5^
{ 1VPfa
typedef T & reference; t/EMBfLc
} ; o)$Q]N##
template < typename T > ~`W6O>
struct ref < T &> 2xz%'X%
{ '2i)#~YO<
typedef T & reference; !rN#PF>
} ; Q*oA{eZY
g6k&c"%IQ(
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ]y$V/Ij=qK
C>\h?<s
template < typename T > Gh chfI.
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const pfT`W T
{ 8z3I~yL_`+
return l(t) = r(t); -X6\[I:+A
} A$$R_3ne
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 RLeSA\di
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 %<bG%V(
T5X'D(\|
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 hc31+TL
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: fTi{oY,zTg
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Oujlm|
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 f"OA Zji
最后的布局是: V"D<)VVA
Add LgD{!
/ \ ?Pok-90
Divide 5 c=U$$|qHV
/ \ 6#lC(ko'
_1 3 $=S'#^Z
似乎一切都解决了?不。 (Mire%$h
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。 WP#_qqO
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。 ""U?#<}GD
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: MSm`4lw
p.W*j^';Q
template < typename Right > W@uH!n>k
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 3Wtv+L7Br
Right & rt) const &>wce5uV
{ dp%pbn6w
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); U{:(j5m
} Z2pN<S{5
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 \w@_(4")Qb
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。 KTAe~y
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。 |
9\7xT
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。 ZE3ysLkm
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。 O+UV\
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? (w@MlMk
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: eL$U M
Osvz 3UMY3
template < class Action > (^s_w03
class picker : public Action PU/Br;2A
{ "3KSmb
public : %?9r (&
picker( const Action & act) : Action(act) {} R4rm>zisVX
// all the operator overloaded ba)YbP[
} ; r{N{!"G
<:yq~?
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 6^z\;,p
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: i[BR(D&l_p
i4n%EDQ
template < typename Right > ?M{6U[?
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const {J6sM$aj
{ 6/WK((Fd
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); K1wN9D{t'
} G*wW&R)
re 1k]
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > g:3'x/a1
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。 QGCdeE$K
r)@&2b"q
template < typename T > struct picker_maker ("M#R!3
{ CTrs\G
typedef picker < constant_t < T > > result; BQJ`vIa
} ; D``NQ`>A
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > =rO>b{,hs
{ o:Os_NaD
typedef picker < T > result; {@F["YPxy
} ; 5`{;hFl
L)nVpqm
下面总的结构就有了: BnnUUaE
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。 q?]@' ^:;
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。 <W[8k-yOV`
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 sq6% =(q(?
至此链式操作完美实现。 Sph"w08
(l!D=qy
-O>mY)
七. 问题3 w5/X{
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。 `zOAltfd
)PoI~km
template < typename T1, typename T2 > U.j\u>a
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const S%gO6&^
{ SlJ/OcAf#
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); !}Ou|r4_
} byj mH
G mUs U{
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: lX k-86[M
2WECQl=r
template < typename T1, typename T2 > a:%5.!Vd
struct result_2 {hq ;7
{ r-Xe<|w
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; xS-nO_t 'E
} ; Nb9V/2c;V
OVo
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? ~aR='\<