一. 什么是Lambda V}l>p?
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ,3k"J4|d
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, 3f`+-&|M
UGy~Ecv
vG'JMzAm
g+ik`q(ge
class filler y[*Bw)F\N
{ F<y5zqGy@
public : ELp @/c=Wr
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 2WjQ-mM#
} ; $I L7c]Gw
eCYgi7?
^X%{]b K
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: [~;#]az
)fz)Rrr
SC~cryb
Ks.pb !r
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); @`N)`u85[
T4`.rnzyRb
mAk@Q|u
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Hnwir!=7
%y~=+Sm%m
Kq|L:Z
GM6Y`iU
二. 战前分析 a*d>WN.;U
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 &v+8RY^F=
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 eu(1bAfS&T
mbBd3y
%3 ecV$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Aw)='&;^z
/* --------------------------------------------- */ R$@|t?
vector < int *> vp( 10 ); X[:&p|g]
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ~n#rATbxf
/* --------------------------------------------- */ W@w#A]
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); fbKL31PI
/* --------------------------------------------- */ bz[+g,e2oA
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Be{7Rj v
/* --------------------------------------------- */ OLc/Vij;
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); @|xcrEnP}B
/* --------------------------------------------- */ qlJP2Ig~
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 3F ;+D
C7`FM@z
r%hnl9
U:eahK
看了之后,我们可以思考一些问题: ?d1H]f<M
1._1, _2是什么? T?W`g>yM
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。 3tMFJ ;*`
2._1 = 1是在做什么? iWu$$IV?-
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。 |1G /J[E
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。 U}7a;4?
"
1YARGu
tL1"Dt>
三. 动工 B*A{@)_
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 0+b1R}!2
C8%Io l
QDS=M]
6R1){,8
template < typename T > C6=7zYhR
class assignment g]9!Pi8jn
{ d#.9!m~.
T value; _eAZ_@
public : ~xqRCf{8
assignment( const T & v) : value(v) {} AD4KoT&
template < typename T2 > q9w6 6R
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } k#TonT
} ; '{j.5~4y
z#*w Na&@[
[ZS}P
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 le%_[/_I|
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment PuAcsYQhN
8Letpygm
WRQJ6B
Vd[[<
class holder DG&14c>g
{ >Liv].
public : U]lXw+&
template < typename T > DQ^yqBVgQ
assignment < T > operator = ( const T & t) const t%<nS=u
{ D^To:N7U
return assignment < T > (t); I ;N)jj`b
} \3(d$_:b
} ; {w.rcObIw+
5An|#^]
MzRURH,
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: @2-Eky
CRvUD.D
static holder _1; $[iSZ ;
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 GcQO&oq|
r*<)QP^B~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ]?tsYXU j
而不用手动写一个函数对象。 <l(6$~(-u
rxQn[
OwrzD~
jQOY \1SR
四. 问题分析 `/JJ\`Pu
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。 mmm025.
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。 ,p/iN9+Z
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ,x}p1EZ
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 w@7NoD=
下面我们可以对这几个问题进行分析。 wxpE5v+f|
S`TP#uzKu]
五. 问题1:一致性 k.>*!l0
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?| `6`NuZ*6g
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ~?8B~l^
Q@hx+aM
struct holder #P$=P2o
{ P&C,E E$
// E^ _P
template < typename T > 7Xm7{`jH
T & operator ()( const T & r) const .asHFT7]9
{ \"c;MK{
return (T & )r; Asicf{HaX
} :BG/]7>|V
} ; .?9+1.`
?c0OrvM
这样的话assignment也必须相应改动: a02;Zl
K~OfC
template < typename Left, typename Right > N7k<q=r-
class assignment SeqnO.\
{ mV0F^5
Left l; q05_5
Right r; b5_(Fv
public : 8
ZD1}58U4
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} cAIMt]_
template < typename T2 > ZurQr}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } }Og zSnR
} ; IF%^HK@
:\x53-&hO4
同时,holder的operator=也需要改动: nk9Kq\2f:
gUzCDB^.:
template < typename T > qlmz@kTb
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const J6/Mm7R
{ RRig
return assignment < holder, T > ( * this , t); vULlAQG
} IwhZzw
w
S',i
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。 w35r\x +
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 {X<mr~
7F.t>$'
return l(rhs) = r; q}*"0r
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 !tBNA
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 7
N+;K0
5fPYtVm
template < typename Tp > 12v5*G[X
class constant_t ivsp):W
{ |5S/h{gq
const Tp t; a@Tn_yX
public : l j*ELy
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} y^_'g2H
template < typename T > ,$@nbS{Q]
const Tp & operator ()( const T & r) const H[?~u+
{ ja*k\w{U'
return t; _;",7bT80
} `W< 7.
} ; &-W5T?Sl
+,<\LIP
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 w~@.&
下面就可以修改holder的operator=了 3/mVdU?U
o-2FGM`*VB
template < typename T > 4 F~e3
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ]YYjXg}%
{ \dSMF,E
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); :D6"h[7
} xiuAW
aG;6^$H~
同时也要修改assignment的operator() |xyr6gY
K[Bq,nPo
template < typename T2 > pZp|F
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } qW[p .jN
现在代码看起来就很一致了。 ]C^D5(t/cd
3>qUYxG8
六. 问题2:链式操作 cGiS[-g
现在让我们来看看如何处理链式操作。 B4 5B`Ay
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 Y\luz`v
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 &n+3^JNl
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 j%Mz;m4y
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct uZ][#[u
}yCJ#}
template < typename T > =SPuOy8
struct result_1 b{qeu$G R
{ g=.~_&O
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; =\.Oc+p4
} ; %:oyHlz%
c0jdZ#H
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: [b-27\b
peqoLeJI
template < typename T > e_s9E{(
struct ref *f|9A/*B3
{ l^4[;%*f#l
typedef T & reference; k .? aq
} ; wOQ-sp0q0
template < typename T > z)"7qqA
struct ref < T &> dO.?S89L
{ cY?<
W/
typedef T & reference; '(A)^K>+
} ; T0n=nC}<
l4u@0;6P
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: -G&>b
D
}LQ*vD-Jj
template < typename T > q#wg2
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ?T-6|vZA
{ OJ$169@;
return l(t) = r(t); X_|W#IM*+
} %\PnsnJ9Q
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。 6#VG,'e3
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Okm&b g
QA7SQcd,
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 eA9U|&o
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: <Ur(< WTV
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 E< nXkqD
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 v<iMlOEt
最后的布局是: NfcY30}:
Add 7><n e|%
/ \ CK[2duf^~
Divide 5 Ao)hb4ex
/ \ 1 Y_e1tgmm
_1 3 =$601r
似乎一切都解决了?不。 p%e!&:!
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 RP'`\||*
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 u%?u`n2'
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: e"(l
8;9GM^L
template < typename Right > n's3!HQY[
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const bsVms,&
Right & rt) const =
aSHb[hO
{ 5 (bG
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); qQN&uBQ[
} eIc~J!?<&V
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 {H s""/sb
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 7?j$ Lwt
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。 ;hR!j!3}
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。 e'aKI]>a
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。 :0>wm@qCQ
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? 4S|! iOY
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: ])h={gI
G?12?2
template < class Action > B[7|]"L@
class picker : public Action G3&ES3L
{ *FDz20S
public : QxvxeK!Y
picker( const Action & act) : Action(act) {} ut%t`Y(
]
// all the operator overloaded p3O%|)yV
} ; o>#<c
@
zMb7a_W
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。 nW+rJ
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: :7%JD .;W
Kv"e\
E
template < typename Right > b1{~j]"$L
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const +(3"XYh
{ %Q"zU9
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 0?l|A1I%
} Y9~;6fg
]YkF^Pf!v
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > [9UKVnX.V
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 %lNWaA
xG0IA 7
template < typename T > struct picker_maker w=\Lw+X
{ VA.jt}YGE
typedef picker < constant_t < T > > result; Z:aDKAboU
} ; nMc3.fM
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > OqUEj 0X
{ wqBGJ
typedef picker < T > result; LA$uD?YA
} ; 1Lwi?~!LI
0K7]<\)
下面总的结构就有了: pVn6>\xa
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。 f]"][!e!,
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。 USu/Y29
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 (FZL>
至此链式操作完美实现。 8h9t8?
7|PpAvMF
#G{}Rd|!
七. 问题3 b_ Sh#d&
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。 0TU~Q
udB:ys
template < typename T1, typename T2 > #/sKb2eQ
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const u,[Yaw"L
{ |GE3.g
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); jo=XxA
} y=YD4m2 W
w( `X P
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: td4*+)'FY
94I8~Jj4
template < typename T1, typename T2 > @]tFRV
struct result_2 !.iu_xJ
{ H7G*Vg
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; mn\e(WoX
} ; KrVF>bq+
1iaNb[:QX
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? {@g3AG%
这个差事就留给了holder自己。 k#`.!yI,
O]w &uim
W5}.WFu
template < int Order > CU6rw+Vax
class holder; 2N)=fBF%-
template <> % Z&[wU~
class holder < 1 > k<=.1cFh
{ :BCjt@K}
public : 7^Uv1ezDR
template < typename T > R+lKQAyC0=
struct result_1 gqNd@tYI
{ VZYdCZ&l7
typedef T & result; E5 H6&XU
} ; B$g!4C
`g
template < typename T1, typename T2 > S +|aCRS
struct result_2 k]Y+C@g
{ >!A&@1[M
typedef T1 & result; !l~tBJr*sB
} ; &