一. 什么是Lambda ,P&.qg i=(
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 owz6j:
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, @+OX1-dd/w
8reis1]2S
V&i/3g
z+RA
class filler R4 8w\?L
{ \yIan<q
public : jF5Y-CX
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} @2>A\0U
} ; (%&HufT
YueYa#7z
^Jv$Wx
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: >5rb4
oCw>b]S
I{e[Y_
nH6Ny
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ia'eV10
u0&QStI
i%M6$or
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 cZ6Zx]
; L<D-=
T*AXS|=ju
qD@]FEw!O
二. 战前分析 ;'E1yzX^
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。 ZtS>'W8l
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 6:Fb>|]*PY
L_TM]0D>7
|@6t"P ]@
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); :gD=F &V
/* --------------------------------------------- */ U3R;'80 f
vector < int *> vp( 10 ); "iu9r%l94
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); it
Byw1/
/* --------------------------------------------- */ us/}_r74N*
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ULqFJ*nla
/* --------------------------------------------- */ Oz3JMZe
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); U`G
/* --------------------------------------------- */ %\i
OX|F_
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); k}MmgaT:5]
/* --------------------------------------------- */ >bwB+-l yL
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); [{}Hk%wlX
z|pC*1A\
d`}t!]Gg
_#9F@SCA
看了之后,我们可以思考一些问题: u,E_Ezq
1._1, _2是什么? 8%eWB$<X
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。 UDBMf2F]
2._1 = 1是在做什么? &7K 4tL
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。 Yo 0wufbfV
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。 G1RUu-~+
q9)]R
e}xx4mYo
三. 动工 "s$$M\)T
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: thT2U8%T
8h,>f#)0c
8-s7^*!
GkOZ=ej
template < typename T > `#/0q*$
class assignment *H2@lrc
{ VLdQXNg9W"
T value; y.iA]Ikz
public : wFe?0u
assignment( const T & v) : value(v) {} @%aU)YDwi
template < typename T2 > Q%_QT0H9Kz
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } dH5 Go9`~R
} ; 4l2/eh]Hc(
H
~VeY\:w
bS1?I@
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 )#(6J
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment >}"9heF
-nHt6AbqP
9;ZaL7>
5$58z
class holder -Lo3@:2i
{ nzcXL
=^r3
public : %1oh+'ES F
template < typename T > O`M6=\
assignment < T > operator = ( const T & t) const [3@Pu.-I+M
{ eYpK!9
return assignment < T > (t); Z,jR:_p
} efT@A}sV
} ; _~QiQDq
8q}955Nl
4X}.aZO&b
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: =._V$:a6o
~W>3EJghR,
static holder _1; A$7j B4
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ;4%Co)Rw
3J3Yt`
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 );
;4:[kv@
而不用手动写一个函数对象。 >bLhCgF:"
J,W<vrKOcN
?@>PKUv{
b] 5i`
四. 问题分析 VUneCt%
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 'vP"&lrn
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 _9pcHhJux
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 >z"\l
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 es6]c%o:t^
下面我们可以对这几个问题进行分析。 X21k7 Ls
Y\
C"3+I
五. 问题1:一致性 (zmLMG(R
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| CVAX?c{
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 N 4!18{/2
Ib&]1ger#=
struct holder +$;#bw)yH
{ ]4X08Cm^
// pXhN? joe
template < typename T > ] >4CBm$
T & operator ()( const T & r) const Fd1t/B,
{ qlNB\~HCe
return (T & )r; k9*6`w
} gb^<6BYUG
} ; d5YL=o
VE $Kdo^
这样的话assignment也必须相应改动: r,r"?}Z
ty>9i]Y-
template < typename Left, typename Right > u[<ij
class assignment hN U.y
{ Y(/y,bJ?jp
Left l; k^{}p8;3
Right r; SR$?pJh D%
public : %_L~"E 2e
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} O'~>AC5{
template < typename T2 > Oj F]K,$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } nw
} ; sPP(>y( \
z=j,-d%9
同时,holder的operator=也需要改动: o]<@E u G
{5NE jUu{j
template < typename T > Jwtt&" c0.
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const
B;A< pNT
{ C9j3|]nyL
return assignment < holder, T > ( * this , t); kTfE*We9
} }nK=~Wcu\
Maw$^Tz,
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 aJzyEb
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 GTocN1,Z~a
f5`q9w_c
return l(rhs) = r; q |Orv=v
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。
(RBB0CE
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: peZ'sZ 6
*G"}m/j-
template < typename Tp > NcyE_T
class constant_t i$g6C
{ \!Wph5wA
const Tp t; jV.9d@EC
public : 5?34<B
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 5@nvcCp
template < typename T > .)|2^ 'W
const Tp & operator ()( const T & r) const nhLw&V3y
{ _x]q`[Dih
return t; Vwpy/5Hmp
} n48%Uwa,
} ; ):st-I!o
WxJV
zHtR
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 El^V[s'3
下面就可以修改holder的operator=了 E G J/r
A kEt=vI
template < typename T > ayZWt| iHA
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const (r-8*)Qh8
{ LJwy,-
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); _X~xfmU
} }Sh3AH/
bcUa'ZfN<
同时也要修改assignment的operator() ?hOvY)
`s\E"QeZN
template < typename T2 > KN:V:8:J
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } m+EtB6r
现在代码看起来就很一致了。 Kwo0%2Onkd
&9khIJIn
六. 问题2:链式操作 D9r4oRkP*
现在让我们来看看如何处理链式操作。 CPLsSv5
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。
+wE>h>?;
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。 l:14uWu|
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。 eEX* \1Gg
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct D"<>!]@(a
@0D
template < typename T > s(r1q$5
struct result_1 iHk/#a
{ $|o[l.q2
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; S.*.nv
} ; 4<S=KFT_
.GiQC{@9w
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: |HQFqa<
nyx(0
template < typename T > blmY=/]
struct ref VX'G\Zz@h|
{ yUX<W'-Hev
typedef T & reference; >8EmfjUoc
} ; ;BW-ag \9
template < typename T > ,L;%-}#$
struct ref < T &> G8@LH
{ zC WN,K`
typedef T & reference; t|v_[Za}Z
} ; -"x25~k!?F
%5Zhq>
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: &&TAX
xeKfc}:&z
template < typename T > g)=-%n'RoE
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const >$_@p(w
{ Vb/XT{T;b
return l(t) = r(t); a!mdL|eA@
} ,Ad{k
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 ,H5o/qNU`{
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 9@ 8)ZHf
GQ1m
h*4$
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 RsnFjfb'
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: r^ +n06[
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 wyUfmk_}
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 : G0^t
最后的布局是: FK,Jk04on
Add DX<xkS[P
/ \ ;s w3MRJ
Divide 5 'ExTnv ~
/ \ D*q:XO6b
_1 3 }EJ'tio]
似乎一切都解决了?不。 l/6(V:
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。 M*<Bp
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。 W-ol*S
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: &` weW
!345
template < typename Right > 2VgVn,c
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const {3N5Fi7S
Right & rt) const FSyeDC^@
{ giu8EjzK
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 1fcyGZq
} b)+;@wa~
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 W4rh7e4
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。 NqZR*/BOz
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。 oU)HxV
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。 XO"BEj<x
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。 ziG]BZ
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? ~MZ.988:<
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: rtk1 8U-
j(`V&S
template < class Action > j WerX -$
class picker : public Action SkMBdkS9z[
{ $6yr:2Xvt
public : XV0t
8#T2
picker( const Action & act) : Action(act) {} 42 &m)
// all the operator overloaded L`0}wR?+
} ; Z=y^9]
\
Q0-yNt
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 Fhbp,CX4p
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: d;LBV<Z?
Tsl0$(2W
template < typename Right > few=`%/
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 5JA5:4aev
{
u9,ZY>
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); nuLxOd *n
} uf}Q{@Ab
@P
xX]e
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Czt>?8x`
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。 ~0ZLaiJ
6)Dp2
template < typename T > struct picker_maker '/K-i.8F
{ Tz 2<# pLR
typedef picker < constant_t < T > > result; JnBg;D|)@
} ; 2F fwct:
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 2a[_^v $v
{ 2:D1<z6RQ
typedef picker < T > result; b}5hqIy
} ; *XSHzoT*
G~|Z(}H
下面总的结构就有了: D4W^{/S
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 4XsKOv
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 2Uq4PCx!
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 U{~R39
至此链式操作完美实现。 bF{14F$
'CC;=@J
nLv"ON~
七. 问题3 yct^AN|%
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。 /Jw65 e
4e 55
template < typename T1, typename T2 > H:&|q+K=#
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const >XiTl;UU
{ SSG}'W!z
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); OBJk\j+Wi
} 4?F7% ^vr
y|E{]
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: fxL0"Ry
\IG"Te
template < typename T1, typename T2 > 4'ymPPY
struct result_2 Xv1mjHZCC
{ qOd*9AS'|M
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ,c_NXC^X?
} ; Uq}-<q
;~5w`F)
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? }^Kye23
这个差事就留给了holder自己。 STH?X]
/
qX?k]m
`VxfAV?}
template < int Order > d)X6x-(
class holder; d
%Z+.O
template <> CUo %i/R
class holder < 1 > 9x0Ao*D<t
{ 60u}iiC@
public : $VLCD
template < typename T > `:fc*n,*
struct result_1 :6Oh ?y@
{ "O,TL*$
typedef T & result; Q\4nduQ
} ; "mm|0PUJ
template < typename T1, typename T2 > 56R)631]p
struct result_2 d9n{jv|
{ Q #%C)7)
typedef T1 & result; @hE$x-TP0
} ; HX]pcX^K
template < typename T > umD[4aP~;
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const A&~<qgBTp
{ E6NrBPm
return (T & )r; >9v?p=
} 7>Oa, \
template < typename T1, typename T2 > |:?JSi0
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const (Mw<E<f
{ !@<>S>uGG
return (T1 & )r1; jS,zdJs=
} #r4S%
} ; ihrl!A5
/6%<