一. 什么是Lambda 0`Y"xN`'i
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ky I~
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, J=Hyoz+9
bFsJqA.A
:Hj #1-U
x,UP7=6
class filler lf}%^od~6
{ I\@`AU
public : 9YY*)5eyD
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} t)hi j&wzu
} ; 8y'.H21:;
hE;BT>_dn
|nmt /[
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: qz8Jvgu?
WB3YN+Xl3
(lt{$0
0,j!*
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); r>g5_"FL
:(#5%6F
`&i\q=u+
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 3o`c`;H%p
_*CbtQb5
="de+S8W
LL+PAvMg
二. 战前分析 a LJ
d1Q
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 @0-vf>e3-
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 r*{`_G=1
Q-Oj%w4e
.q|k459oi
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); uLSuY}K0
/* --------------------------------------------- */ F~?|d0
vector < int *> vp( 10 ); .1jeD.l
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Kiq[PK
/* --------------------------------------------- */ GrI<w.9X
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); l<:\w.Gl
/* --------------------------------------------- */ #,9#x]U#v
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 );
75;g|+
/* --------------------------------------------- */ J=b'b%
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); #~[{*[B+
/* --------------------------------------------- */ 3,1HD_
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 1u~a*lO}
vQy+^deW
:M8y
2fh
#'BPW<Ob
看了之后,我们可以思考一些问题: e'r-o~1eN
1._1, _2是什么? lr ]C'dD
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ]A:8x`z#F
2._1 = 1是在做什么? #U.6HBuQa
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 vF)eo"_s*
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 f<M!L>+M6
\|CuTb;0
WWT1_&0
三. 动工 eU\XAN#@
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: vURgR
=3dd1n;8>
/Ow@CB
6[-[6%o#z
template < typename T > f dJ<(i]7W
class assignment ~l]g4iEp
{ US\h,J\Ju
T value; d<[L^s9
public : Z1{>"o:@
assignment( const T & v) : value(v) {} &]pY~zVc
template < typename T2 > w<Bw2c
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ZE9.r`
} ; 1Cw
HGO
F
|aLF{
+G)a+r'0Q
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 <u/(7H
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Hyi'z 1
d>V#?1$h
&0]5zQ
e m
class holder ^U##9KkP
{ ] !n3j=*
public : dSe d6
template < typename T > :*s@L2D6
assignment < T > operator = ( const T & t) const 1x8wQ/p|
{ ]n3!%0]\
return assignment < T > (t); a'A<'(yv
} FIUQQQ\3
} ; [&kz4_
rQosI:$
wNU;gz
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: J|vg<[
k5Su&e4]]
static holder _1; mtdy@=?1Y
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 hVAatn[
~/XDA:nfL:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); L|B! ]}
而不用手动写一个函数对象。 J 5xMA-
]LEaoOecu
>P]gjYN
UmY{2 nzY
四. 问题分析 x5uz$g
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。 2=fM\G
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。 e}yF2|0FD
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 f}(4v1T
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 aOGoJCt
C
下面我们可以对这几个问题进行分析。 \ YF@r7
$I*}AUp
v?
五. 问题1:一致性 y/Y}C.IWp)
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| j!i*&
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 M?sax+'
z0/+P
struct holder h<3b+*wYJC
{ 8iaMr278W
// hzr,
%r
template < typename T > -c?x5/@3
T & operator ()( const T & r) const |Jd8ul:&e
{ sx=1pnP9`
return (T & )r; ]rj~3du\
} @NA+Ma{N
} ; 9`/e=RL
6AJ`)8HX
这样的话assignment也必须相应改动: GBb8}lx
jy.L/s
template < typename Left, typename Right > eC"e
v5v
class assignment 9_5>MmiB
{ {z_cczJ-
Left l; h SS9mQ
Right r; ?GNRab
public : 02;'"EmP$
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} cI8\d 4/py
template < typename T2 > qpe9?`vVX
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 0qFO+nC
} ; HLDv{G'7
P{K\}+9F
同时,holder的operator=也需要改动: }rmr0Bh
!O!:=wq
template < typename T > 4K:Aqqhds
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const %1k"K~eu
{ 83V\O_7j
return assignment < holder, T > ( * this , t); h='&^1
} ?SYmsaSr5
SHPDbBS
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。 ^E\4`
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Gq1C"s$4'
\kyoA
Z
return l(rhs) = r; .R`_"7
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 WNjG/U
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Cd^1E]O0{
g/$RuT2U
template < typename Tp > <Sd ef^
class constant_t :dipk,b?n
{ cy6YajOk7
const Tp t; ~u0<c:C^
public : s~(`~Y4
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} F#9^RA)9
template < typename T > mnZfk
const Tp & operator ()( const T & r) const @Zhd/=2[
{ Q1kM 4Up
return t; t
4M-;y
} 9UteD@*
} ; wU'+4N".
_Ad63.Uq))
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。
N6BOUU]
下面就可以修改holder的operator=了 L"1AC&~u
{C]tS5$Z
template < typename T > TT;ls<(Lg
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const t&JOASYC
{ 4!ZT_q
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ,V5fvHPH)8
} )JyB
+:aNgO#e8
同时也要修改assignment的operator() ryzNM3
2V; Dn$q
template < typename T2 > Uv<nJM
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ,bM):
现在代码看起来就很一致了。 k]-Q3V
(u@X5O(a
六. 问题2:链式操作 WCqa[=v)t
现在让我们来看看如何处理链式操作。 hc]p^/H
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。 fWIWRsy%
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。 M'X,7hZ
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。 V#Y"0l+~
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Mg}/gO%o
M.qv'zV`xG
template < typename T > 'O2/PU2_
struct result_1 hfc~HKLC
{ >bmdu\j5R
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; iM1E**WCtv
} ; C^_m>H3b
;ioF'ov
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/uD1;
Xyz/CZPi
template < typename T > H<nA*Zf2@R
struct ref x{G 'IEf
{ h'vBWtMa
typedef T & reference; s6}SdmE
} ; <dXeP/1w`
template < typename T > 5V/]7>b1
struct ref < T &> Dequ'
{ b>#dMRK
typedef T & reference; T.%yeJiE
} ; ]w4?OK(j
9R-2\D]
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: %'X7T^uE
y>T>
template < typename T > &b%2Jx[+
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const bl10kI:F
{ Azr|cKu]
return l(t) = r(t);
qf@P9M
} k`z]l;:
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。 ) 3f\H
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 nHZhP4W
6u`$a&dR'l
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 2o1WXE %$
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: dd
+lQJ c
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 rmWsob
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 BT$Oh4y4
最后的布局是: GlC (uhCpV
Add 3'0Jn6(
/ \ g2M1zRm;
Divide 5 Ty7`&
/ \ r%$\Na''
_1 3 :>H{?
似乎一切都解决了?不。 'w<^4/L Q
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。 '0o^T 7C
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。 c&