一. 什么是Lambda )ndcBwQc"
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 L8K=Q
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, %c%0pGn8-
=[8EQdR
`Tt}:9/3
:'aT4
class filler .Ap-<FB
{ 5~T`R~Uqb
public : BKDs3?&
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} {9sA'5
} ; \|2 0E51B[
`oP<mLxle
^|^ek
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: :34#z.O
;seD{y7!
%4#,y(dO
rj[2XIO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 0z)
8i P
P( >*gp
w=EUwt
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 aEr<(x!|"
ji(W+tQ2Y'
#:0dqD=
UW7*,B q
二. 战前分析 5Hvg%g-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。 :TU;%@7
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 %M{qr!?uj
z -|gw.y
pKDP1S#<
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 8Xpf|?.
/* --------------------------------------------- */ K8NoY6
vector < int *> vp( 10 ); u"IYAyzL
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); j.Ro(0%
/* --------------------------------------------- */ %VG;vW\V
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); d (Ufj|;
/* --------------------------------------------- */ 85;
BS'
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ' uvTOgP,
/* --------------------------------------------- */ Rd6? ,
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); J2cqnwUV
/* --------------------------------------------- */ Wz)O,X^
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 0yW#).D^b
`>CHE'_
fl| 8#\r
m1@ste;$W
看了之后,我们可以思考一些问题: dz
fR ^Gv
1._1, _2是什么? TWF6YAQm
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 RAMkTS
2._1 = 1是在做什么? x)eYqH~i
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ,KvF:xqA
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 Uc,D&Og
6^U8Utx
_DPWp,k<~
三. 动工 ylm*a74-X
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: i
oX [g
n%;wQ^
c$?(zt;
tins.D
template < typename T > W- Q:G=S-
class assignment #m_3ls}W$
{ zfvMH"1
T value; R<$_
<z
public : +We_[Re`<
assignment( const T & v) : value(v) {} WP)r5;Hv`
template < typename T2 > 06@^knm
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } oBZ\mk L
} ; .?7u'%6x?{
tfzIem
xWk:7 ,/
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 %:I\M)t}k
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ,~^0AtLv
eELJDSd
BV
OO?d[7Wt0
=O= 0 D
class holder :s8^nEK
{ K)z{R n
public : 6"@+Jz
template < typename T > 0* Ox>O>
assignment < T > operator = ( const T & t) const EBjSK/
{ MB]8iy8
return assignment < T > (t); @Qw~z0PE<l
} ^(<Ecdz(
} ; |l\&4/SJ
-#0(Jm'
Ewjzm,2
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: f,Q oA
"`P/j+-rt
static holder _1; `#O%ZZ+
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ML6Y_|6
|
H;('h#=cD
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); kev|AU (WX
而不用手动写一个函数对象。 6H+'ezM
Rf *we+
RTN?[`
l1 (6*+
四. 问题分析 0vN <0
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。 zrt \]h+
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。 o+UCu`7e
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 +O`3eP`u
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 <a9<rF =r
下面我们可以对这几个问题进行分析。 L%G/%*7;c
VyQ@. Lm
五. 问题1:一致性 H CKD0xx
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?| Jg3OMUt
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 AY]dwKw
-$W#bqvz^
struct holder Co|3k:I 8
{ 0=N,y
// >eX&HS oy
template < typename T > GM&< ?K1
T & operator ()( const T & r) const HgH\2QL3&
{ = MQpYX
return (T & )r; 0ws1S(pq
} kKbq?}W[
} ; Z>=IP-,>
1'.SHY|
这样的话assignment也必须相应改动: +Sz%2Q
;U7o)A;
template < typename Left, typename Right > 9a\H+Y~
class assignment Ziclw)
{ ;bz|)[4/
Left l; "Zk# bQ2j
Right r; :H9\nU1
public :
s3nt12
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} MA}~bfB
template < typename T2 > m|K"I3W$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } -Ky<P<@ezm
} ; |. w'Z7(s
h"~i&T
h
同时,holder的operator=也需要改动: m9yi:zT%
?'RB)M=Og7
template < typename T > E?\&OeAkO
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 9f UD68Nob
{ b02V#m;Z
return assignment < holder, T > ( * this , t); D~~"wos
} I,[njlO:
Jo%`N#jG
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。 g.L~Z1-
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ^\<nOzU?
\X3Q,\H
@
return l(rhs) = r; TcW-pY<N
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。 91I6-7# Xt
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Vq8 G( <77
U.XvS''E
template < typename Tp > G
=`-w
class constant_t k2bjBAT
{ O|Sbe%[*wW
const Tp t; KGM9
b
public : ALcin))+B
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} E[Xqyp!<
template < typename T > .AB n$ml]
const Tp & operator ()( const T & r) const l=|>9,La
{ TJYup%q
return t; rcq^mPdQ
} G909R>
} ; e>F i
&Hz{
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 dh9Qo4-{
下面就可以修改holder的operator=了 VtP^fM^{
_v/w
,z
template < typename T > ;$a+ >
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const !sknO53`H`
{ D.[h`Hkc
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); s<z`<^hRe
} _ MsO2A
2/WtOQIB
同时也要修改assignment的operator() PpXzWWU":
GGM|B}U p
template < typename T2 > ppm=o4`s[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } _sp,,gz
现在代码看起来就很一致了。 ;s*
jF$bCbAUce
六. 问题2:链式操作 z6IOVQ*r
现在让我们来看看如何处理链式操作。 [Sr^CYP(
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ?g{--'L
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 A&?8 rc
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 K20,aWBq;3
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct /gX=79
[c^!;YBp)
template < typename T > N F$k~r
struct result_1 QJ
i5 H
{ (6}[y\a+
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; enC/@){~
} ; -1_WE/Ps
O'Mo/
u1-
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: n%faD
Fe[)-_%G
template < typename T > h6CAd-\x\
struct ref -gQtw%
`x
{ @d&JtA
typedef T & reference; TS_5R>R3
} ; f: 9bq}vH
template < typename T > `w6*(t:T
struct ref < T &> aM7e?.rU
{ cyMvjzzRN
typedef T & reference; u1}/SlCp
} ; K N Y
)_&P:;N
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ndmsXls
o5@d1A
template < typename T > Z bW!c1s{
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const bcR";cE
{ adcH3rV
return l(t) = r(t); YujR}=B!/
} Af"p:;^z
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。 v~*Co}0OB
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ~xa yGk
1^ijKn@6
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 a
Xn:hn~O
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: AqA.,;G
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 >]L\B w
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 C3K":JB
最后的布局是: !V'~<&
Add }ed{8"bj
/ \ .9u0WP95
Divide 5 2M+}o"g
/ \ lC=-1*WH
_1 3 9bQD"%ha=d
似乎一切都解决了?不。 <e?1&5 6
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。 4<j7F4
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。 a'%eyN
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: en_W4\7^
&At9@
template < typename Right > q)l1tC72
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const d[\$a4G+
Right & rt) const <Fi*wV
{ tCR#TW+IY-
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); MpVZL29)
} b$eN]L
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 43}uW,P
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。 ~} 02q5H
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。 !C& ^%a
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。 `t>A~.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。 !gm@QO cF
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? h]]B@~
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: N!//m?}
!C;$5(k
template < class Action > N;HG@B!m
class picker : public Action -kP$S qR~
{ hz+O.k],?
public : !DM GAt\
picker( const Action & act) : Action(act) {} ${ 5E
// all the operator overloaded aKFY&zN?
} ; G@3Jw[t
JLbmh1'
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。 YfstE3BV
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:
a)8;P7
0<XxR6w
template < typename Right > <74r
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const V}MRdt7
{ Qp;FVUw9
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ;0 4< 9i
} arc{:u.K
w.(?O;
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > |\U 5m6 q
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。 r h c&