一. 什么是Lambda 5rwu!Y;7*
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 UXeN 8
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, aL*&r~`&e'
yu;+o3WlK
t!* ?dr
kv]~'Srk
class filler cT<1V!L4
{ %huRsQ%}
public : +Um( h-;
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} *e<[SZzYZ
} ;
//*fSF
o#;b
t,QyfN
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: bT\1>
]}*R| 1
IW>T}@
|
_?<|{O
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 0+iu(VbF
Y}x>t* I
cU
R kP`
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 0bz'&
?@BTGUK"C
2!0c4a^z
;ZH3{
二. 战前分析 B,<da1(a
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。 VE#Wb7
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 c(J!~7
1cxrH+N
lAi6sPG)0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ^2+yHw
/* --------------------------------------------- */ p%#<D9S
vector < int *> vp( 10 ); FFV `P
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); U}& 2k
/* --------------------------------------------- */ Hv!U|L
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); `lQ3C{}
/* --------------------------------------------- */ $Oq^jUJ
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ]*vdSr-J
/* --------------------------------------------- */ j`oy`78O
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); tU4s'J
/* --------------------------------------------- */ R,gR;Aarw
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); \Npxv
mIurA?&7!
3cFf#a #
AZ0;3<FfLp
看了之后,我们可以思考一些问题: H+1-] 'g`
1._1, _2是什么? L\Aq6q@c
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 9`wZz~hL"
2._1 = 1是在做什么? <nE>XAI_7
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 R?68*}
`7
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 j!_;1++q
H#NCi~M>3
%4ePc-
三. 动工 _
<WJ7
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 2#P*,
cFaaLUZk
Jzj1w}?H
M1 :uJkO.
template < typename T > [.m`+
class assignment Yb+yw_5
{ _hN\10ydY
T value; V`X2>-Ex
public : 0>C T=(A
assignment( const T & v) : value(v) {} n.T&}ZPz\v
template < typename T2 > o4j[p3$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } cimp/n"
} ; %{ABaeb]
d^RxQuA
jNTjSX
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 /~}}"zx&
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment `Zf^E
>)
1HXjN~XF
DAS/43\
J]v%q,"
class holder aIJt0;
{ ~5_Ad\n9
public : u6T+Cg
template < typename T > 18~>ZR
assignment < T > operator = ( const T & t) const QOjqQfmM;
{ qLw{?sH}J/
return assignment < T > (t); #i@;J]x(
} _]yn"p
} ; HIQ_%L4]
8JM&(Q%#
8C[C{qOJ
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: nTuJEFn{
}'""(,2
static holder _1; ,-izEr
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 D&/kCi= R
}vZ+A
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ' qWALu
而不用手动写一个函数对象。 y&Mr=5:y
W{%TlN
K&nE_.kbl
v 0
}@
四. 问题分析 M4zm,>?K
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。 Ey_" ~OB
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。 ZYI{i?Te#
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 /]=C{)8
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 >ZPsjQuf"
下面我们可以对这几个问题进行分析。 )Gj8X}DM
i;NUAmx
五. 问题1:一致性 _&N2'hG=sn
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?| L$9.8W
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 =4[v3Qx
\n{qsf:
struct holder IOb*GTb
{ :E_g"_
// )f}YW/'
template < typename T > $>GgB`
T & operator ()( const T & r) const |(pRaiJ
{ %<E$,w>
return (T & )r; e<=cdze
} [onGNq?#
} ; 7Bb9t
v5By :z
这样的话assignment也必须相应改动: Av"R[)
*RXbc~
H
template < typename Left, typename Right > L!rw[x
class assignment L{hnU7sY
{ 9{-EJ)
Left l; vWRju*Z&
Right r; WKT4D}{1
public : `wus\&!W
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 3D`YZ#M
template < typename T2 > [21=5S
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 3|1ilP
} ; SF&BbjBE0
*"D3E7AO
同时,holder的operator=也需要改动: 5"HVBfFk
? i( %
template < typename T > ]Bm/eRy"
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ?mWw@6G,
{ +VCGlr
return assignment < holder, T > ( * this , t); )#.<]&P }
} jgbLN/_{
Cg&e(
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。 hvA^n@nr
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 lz"OC<D}(
c/zJv*}x?
return l(rhs) = r; WpF2)R}G=
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。 pcYG~pZ9
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: c%&:6QniZ
!'mq ?C=
template < typename Tp > _acE:H
class constant_t 0Uz\H0T1
{ UG2nX3?
const Tp t; T(e!_VY|m
public : I 4,K43|
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 2C/$Ei^t
template < typename T > #Yr9AVr}K
const Tp & operator ()( const T & r) const c:-!'l$ !
{ Z2TL #@
return t; g{8,Wx,,
} 1jN-4&
} ; hg+X(0
UG)8D5
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 QS{1CC9$
下面就可以修改holder的operator=了 W0epAGrB
3~}uqaGt
template < typename T > T{Sb^-H#X
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const /RHo1
{ `0P$#5?
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); #;%JT
} kMtwiB|7j
x9;gT&@H
同时也要修改assignment的operator() J]&y$?C
4F{)i
template < typename T2 > LM7$}#$R
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } `FYv3w2
现在代码看起来就很一致了。 XVKfl3'%
9T|IvQK8
六. 问题2:链式操作 RA G3o-
现在让我们来看看如何处理链式操作。 qQ"Fv|]~>
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。 1_\;- !t
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。 !1q 9+e
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。 E}sO[wNPf
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct q)Fq
i
e'0{?B
template < typename T > Md0sK
struct result_1 EmODBTu+
{ -PS#Z0>
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ve%
xxn:
} ; \8<BLmf4U
|lJX 3
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: \>CYC|
@6mBqcE'?
template < typename T > 'Y56+P\u
struct ref q|Q k2M
{ =$nB/K,8AX
typedef T & reference; jBU4F~1y
} ; M@?xa/E64
template < typename T > p;W.lcO`0
struct ref < T &> DdVF,
{ X LL/4 )
typedef T & reference; |!"2fI
} ; l2l(_$@3
sFQ^2PwbS
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ^4,a 8`
Sqo
:-
template < typename T > tI7:5Cm
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const G3rj`Sg^c
{ JaK}|
return l(t) = r(t); L+CyQq
} TZ2=O<Kj
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。 :'*DPB-
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 7vABq(
( YQWbOk
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 6IWxPt~
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: {%IE xPJ
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ,:??P1
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 /)dFK~
最后的布局是: >2]JXLq
Add 'A:x/iv}^
/ \ DqX{'jj
Divide 5 h=(DX5:A
/ \
F0:A]`|
_1 3 ^_ kJKM,
似乎一切都解决了?不。 4H|(c[K;
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。 xj[(P$,P
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 xia |+
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ap{2$k ,
wlEdt1G
template < typename Right > \[jq4`\$
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 8G oh4T H
Right & rt) const 3"G>>nC&
{ 8HR mQ
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); e0J6Ae4V[
} ~t^eiyv
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 LrATSq@
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。 (4\d]*u5-c
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。 QK+(g,)_86
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。 ed:@C?
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。 HO[wTB|D]
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? '
4ER00
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: ET[kpL
TOoQZTI
template < class Action > MW PvR|Q
class picker : public Action T}4/0yR2
{ F35#dIs`&
public : kdn'6>\
picker( const Action & act) : Action(act) {} S6fL>'uQ
// all the operator overloaded ak:ibV
} ; E@P %v{)
Qu7T[<
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/][MT
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: ]ix!tb.Q
@"o@}9=d
template < typename Right > kWNV%RlSx
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const v*9<c{a
{ 3 q`)*
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); SL,p36N
} ;s~X
:<Fe
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > BSkDpr1C
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。 1ylk4@`
a\%xB >LX
template < typename T > struct picker_maker |gsE2vV
{ [p2H=
typedef picker < constant_t < T > > result; MNg^]tpf
} ; (I@rLvZr{
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > eQVZO>)P1+
{ J@OB`2?Zv
typedef picker < T > result; on8WQf'A#
} ; y2+p1
^mb[j`CCt
下面总的结构就有了: A.D{.a
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。 =+x yI
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。 [Tnsr(Z
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 .cR
-V`
至此链式操作完美实现。 EaWS. eK
jZ%TJ0(H
!o>H1#2l
七. 问题3 /[9t`
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。 W$'R}L
nwN@DqO
template < typename T1, typename T2 > (E,Yo
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Raw)9tUt
{ z.6$W^
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); \T;\XAGr
} ru`U'
&
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: nN~~cV
gN>2xnh'm
template < typename T1, typename T2 > de]z T^&C
struct result_2 ,&d@O>$E:
{ 5BR2?hO4
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; J-ePE7i
} ; o=RM-tR`v
T2D<UhP
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? w ~ dk#=
这个差事就留给了holder自己。 .)+hH y
Z lHDi!T
0Hs|*:Y1D
template < int Order > S=xA[%5
class holder; jA(>sz
template <> zSE<"(a
class holder < 1 > :=9] c17=
{ }'OHE(s
public : fRfn2jA)d
template < typename T > Y $u9%0q|?
struct result_1 )I\=BPo|B
{ a,o_`s<
typedef T & result; {,cCEXag%
} ; k/03ZxC-
template < typename T1, typename T2 > jt@SZI`
struct result_2 <F
)_!0C
{ 0A:n0[V:]
typedef T1 & result; fGv#s
X
} ; zFQ&5@43
template < typename T > &wU'p-V
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 8_&CT
:u>
{ !6G?zipB
return (T & )r; j&