一. 什么是Lambda NU I|4X
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 }`h)+Im=
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, ^3*/x%A,g
#f\U3p
vZhN%
DfY
nFX8:fZ$>
class filler x)THeH@
{ M=`F $
public :
/DQoM@X
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 9_KUUA
} ; 1;]cYIq
>9uDY+70I3
hi`\3B
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: R l^ENrv!]
"9&6bBa
zRL[.O9
! Hdg
$,
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); .!l#z|/x
\_De(
p
#wk'&XsC#z
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 6EGh8H f
zw7=:<z=
J0C,KU(
8e[kE>tS._
二. 战前分析 `GqS.O}C
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 t?QR27cs$
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 ;oH%d;H
u6awcn
|Y0BnyGK
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ]y2(ZTNTs
/* --------------------------------------------- */ R1 hb-
vector < int *> vp( 10 ); ]Tx8ImD#)A
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); VbKky1a@
/* --------------------------------------------- */ |A8xy#
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 4F??9o8 }
/* --------------------------------------------- */ 7'J}|m{7
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 1Xu\Tm\Ux
/* --------------------------------------------- */ Y3mATw 3Wh
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); LXJ"ct
/* --------------------------------------------- */ =S|SQz5%w
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Q<;f-9q@
f+Pu t
b_W0tiyv%
R1&(VK{
看了之后,我们可以思考一些问题: iNT 1lk
1._1, _2是什么? IT'~.!o7/
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。 bJx{mq
2._1 = 1是在做什么? Tm.(gK
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。 .B6$U>>NS^
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 _^0yE_ili
k$i76r
|9?67-
三. 动工 ,CA,7Mu:
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: I}kx;!*b
oz(<e
:@`Ll;G
z<m,Xj4w
template < typename T > f:KKOLm
class assignment =xS(Er`r
{ \T/~"
w
T value; 9V0iV5?( P
public : A@?2qX^4
assignment( const T & v) : value(v) {} 0>)('Kv
template < typename T2 > B&0-~o3WP
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } =L
7scv%i
} ; i(a2FKLy
z5=&qo|f9l
T]Vh]|_s
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 xD8x1-
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment g%4-QCZ,
K9mL1 [B
V2^(qpM!
_o8il3
class holder yLW iY~Fd
{ Vx~[;*{,C9
public : xzyV|(
template < typename T > 5dXC
assignment < T > operator = ( const T & t) const `2o/W]SSk
{ c}U&!R2p{
return assignment < T > (t); P2_ JS]>
} lo,?mj%M
} ; Q6`oo/
^;Nu\c
QNLkj`PL/
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: vh"zYl`
JrQd7
static holder _1; A%Pjg1(uX
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 vnw83a%3
`$JPF Z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); R.Ao%VT
而不用手动写一个函数对象。 8*V3g_z
Co4QWyt:
_ncqd,&z
'&I.w p`^
四. 问题分析 xm6=l".%z
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。 Sl/[9-a)
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。 d(jd{L4d
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 +#"CgZ]
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 'ZgrN14
下面我们可以对这几个问题进行分析。 +Tf ,2?O
Xjt/ G):L
五. 问题1:一致性 =nh/w#
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?| SaH0YxnY+
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 x\]%TTps
w`bojM@e1
struct holder nAZuA]p}S]
{ I:P/
?-
// WtN o@e'
template < typename T > /[#<@o
T & operator ()( const T & r) const 7{
(t_N>
{ ,P3nZ
return (T & )r; EEEYNu/4/
} ^%@(>:)0
} ; ZxlQyr`~a(
c`yLn%Of%
这样的话assignment也必须相应改动: }oIA*:5
[[}KCND
template < typename Left, typename Right > 4GH?$p|LX
class assignment 8{Bcl5]<
{ Z!0D97^
Left l; th}Q`vg0
Right r; Y,RBTH
public : I dgha9K
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 2j9Mr
template < typename T2 > '2vZ%C$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ypM0}pdvTp
} ; x6d+`4
`f,SY
同时,holder的operator=也需要改动: Ob$|IH8.
ftw\oGrS
template < typename T > (]n^_G#-$
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const I'{-T=R-q
{ H4ml0SS^
return assignment < holder, T > ( * this , t); 9XImgeAs
} NRe{0U}nO
.>%(bH8S
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。 ZW{pO:-
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ^a#Vp
_5 Zhv-7
return l(rhs) = r; p}$VBl$'
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。 BUqe~E|I
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 8<#X]I_eP+
W-ErzX
template < typename Tp > 5(R ./
class constant_t 1K.i>]}>
{ N2[EdOJT_
const Tp t; w#_/CUL
public : GLrHb3@"N
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ]|ew!N$ar=
template < typename T > J8>y2rAi
const Tp & operator ()( const T & r) const DUUQz:?{J
{ _]E H~;
return t; M@ILB-H
} H3"90^|,@
} ;
pbM~T(Y8
1|_jV7`Mz
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Ea#wtow|-
下面就可以修改holder的operator=了 [LDsn]{
7t
&KKKV
template < typename T > H g(%gT
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 0\*[7!`s
{ sDA&U9;
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ;L (dmx?
} MwMv[];I
lcR53X
同时也要修改assignment的operator() Q^}6GS$
MA1.I4dm
template < typename T2 > ]f#1G$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Loo48
现在代码看起来就很一致了。 c `C
/U7j
>|Ps23J#
六. 问题2:链式操作 BM9J/24
现在让我们来看看如何处理链式操作。 y,e#e`
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。 .21[3.bp/q
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。 !? !~8J~
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。 P/uk]5H^
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct OIPJN8V
]w ^9qS
template < typename T > 8D7=]
struct result_1 ',`GdfAsH
{ Q'xZ\t
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; EF1aw2
} ; -wJ/j~+m+
OE_;i}58
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: F*Lm=^:
RS'!>9I
template < typename T > 1 XsB
struct ref 1Z-f@PoM
{ VA{2a7]
typedef T & reference; cYHHCaCS
} ; xaiA2
template < typename T > gbF^m`A>%+
struct ref < T &> +
q@kRQY;n
{ 4mNg(w=NF
typedef T & reference; ~Iw7Xq E2
} ; &+]x
X;`XkOjk
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 7L68voC@U
>HMuh)
template < typename T > ,FWC|uM"
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const AY3nQH
{ t*X
k'(v
return l(t) = r(t); )"SP >2}
} _4H
9rPhf
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。 Reci:T(_
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 cZ>h [XX[
o9&&u1`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 hes$LH
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ~m4{GzB
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 lU6?p")F1
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 2 VgFP3
最后的布局是: UOh%"h
Add W6cA@DN$#
/ \ aLzRbRv
Divide 5 8&T6
/ \ 9[#9cv
_1 3 #{97<sU\
似乎一切都解决了?不。 yn &+ >{
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。 Z:51Q
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 Ra\
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: 9cV;W \ Tw
)q#1C]7m*
template < typename Right > cO}`PD$i
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const gzdR|IBa
Right & rt) const gr]:u4}
{ HHd;<% q
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Hqsj5j2i
} <<a1a
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 rmVF88/;
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 !=sM `(=~
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。
ey4RKk,
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 %p? +r
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 )qxZHV
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? i n}N[
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: ``
!BE"yN
_; 7{1n
template < class Action > #9=as Y
class picker : public Action ib$_x:OO"
{ lN@SfM4\
public : ~o"VZp
picker( const Action & act) : Action(act) {} ,LD[R1TU8
// all the operator overloaded 3 *0/<1f1!
} ; c& &^Do
'x'.[=;
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。 P'wn$WE[n\
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: PWU8 9YXp
Rn] `_[)*~
template < typename Right > Na6z1&wS
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const o u%Xnk~
{ Q[5j5vry
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); TV^m1uC
} h%2;B;p]
L?[NXLn+
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > f9R~RRz
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 |ATz<"q>
WX2:c,%:
template < typename T > struct picker_maker 3}U {~l!K
{ ?ks3K-.4
typedef picker < constant_t < T > > result; @(k}q3b<
} ; l^4[;%*f#l
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > g{wIdV
{ '0x`Oh&PK
typedef picker < T > result; V_jVVy30Ji
} ; aCzdYv\} &
&RP!9{F<
下面总的结构就有了: <y1V2Np
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 LcCb[r
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 4qo4g+
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 9'F-D
至此链式操作完美实现。 (yQ]n91 Q,
E15"AO
%\PnsnJ9Q
七. 问题3 .QOQqU*2I
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 :"? boA#L
(UmoG
template < typename T1, typename T2 > iOz<n
z
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const yo*c& >
{ MN\/F4Io
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); vr56
f1
} JG&`l{c9
oZ95 )'L,
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: 7><n e|%
CK[2duf^~
template < typename T1, typename T2 > )
?rJKr[`
struct result_2 Ao)hb4ex
{ 1 Y_e1tgmm
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; RbX!^v<0f6
} ; .{
^4I
0L10GJ "(
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? [o8a(oC
这个差事就留给了holder自己。 9i@AOU
x][vd^iW
1BQTvUAA
template < int Order > |gEA.}
pY
class holder; rm2"pfs
template <> +4^XFPq~
class holder < 1 > /!ZeMY:x
{ )}L*8 LV
public : *9)7.}uY
template < typename T > 'Y3>+7bI
struct result_1 k7P~*ll$
{ l!e8=QlJ
typedef T & result; l=*^FK]L`
} ; {V%ZOdg9
template < typename T1, typename T2 > WL-+;h@VQ
struct result_2 Im%|9g;P
{ pv039~Sud
typedef T1 & result; q]q(zUtU
} ; EB jiSQw
template < typename T > p.i$[6M
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const p3O%|)yV
{ hkSpG{;7
return (T & )r; ?^P#P0
} YfUdpa0
template < typename T1, typename T2 > 6'ye-}vD-
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const o+{}O_r
{ 3=~"<f
l
return (T1 & )r1; -H~g+i*J
} >R3~P~@30
} ; _H^Ij
6~GaFmW=
template <> ;>[).fX>/
class holder < 2 > g6EdCG.V
{ xG0IA 7
public : w=\Lw+X
template < typename T > VA.jt}YGE
struct result_1 GyJp!
xFB
{ I$0`U;Xd
typedef T & result; 5P{dey!
} ; K
!8+~[
template < typename T1, typename T2 > 8yax.N
j
struct result_2 >1:s.[&
{ @8C^[fDL
typedef T2 & result;
At%g^
} ; JbzYr]k
template < typename T > Taxi79cH
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const k\_>/)g
{ W]5kM~Q@
return (T & )r; _m;cX!+~_
} XG<J'3
template < typename T1, typename T2 > `
_()R`=
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const q:#,b0|bv
{ -_'M
*-
return (T2 & )r2; pr>Qu:
} [,Ts;Hy6Q
} ; <