一. 什么是Lambda ~J&-~<%P}
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 |R _rfJh
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, /I!62?)-*
Bv!{V)$
q?dd5JzZy,
x\(#
class filler 2l+L96
{ d}':7Np
public : MP)Prl>
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} d&raHF*
} ; Pd\4hy
7C0xKF
PJ0~ymE1~G
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: |Z{#DOT
KFwuz()7
peBHZJ``RX
#qYgQ<TM!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); PA
?2K4
pu]U_Ll@
wbrOL(q.m
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 hxH6Ii]\
U4fv$gV
!p!Qg1O6o
Z4Dx:m-
二. 战前分析 |-b\N6
}
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 n:OXv}pv
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 [n)ak)_/
cx$h"
*X/Vt$P
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); GEF's#YWK
/* --------------------------------------------- */ j?m(l,YD|*
vector < int *> vp( 10 ); yRyXlZC
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); vj%"x/TP
/* --------------------------------------------- */ N6"sXwm
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); i .uyfV&F
/* --------------------------------------------- */ q
i yK
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); O>qlWPht
/* --------------------------------------------- */ $cHU,
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); kY\faWuR
/* --------------------------------------------- */ Nh }-6|M
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ))f@9m
g:ky;-G8b
-0kMh.JYR
$<nRW*d
看了之后,我们可以思考一些问题: %W\NYSm
1._1, _2是什么? \efDY[j/
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 S',h*e
2._1 = 1是在做什么? cB){b'WJ
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 tjwf;g}$
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。 py:L-5
cM'MgX9
3 0[Xkz
三. 动工 ?.Vuet
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Lw,}wM5X
T&dNjx
O}zHkcL
]jxyaE&%4
template < typename T > jH9PD8D\
class assignment @I?,!3`jS
{ zPp22
T value; v1~l=^4&
public : H`)eT6:|/
assignment( const T & v) : value(v) {} ^3$U[u%q/{
template < typename T2 > a<q9~QS
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ,--#3+]XU
} ; f}(4v1T
eLPtdP5k
IC'+{3.m8
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 F\xIVY
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment S1Y,5,}
H 4ELIF#@
pLCj"D).M
j!i*&
class holder 8xAI n>,_
{ M?sax+'
public : :?zq!
template < typename T > <M1*gz
assignment < T > operator = ( const T & t) const _lk VT']
{ 1a(\F7
return assignment < T > (t); 2~f*o^%l
} lqOpADLS3
} ;
E/oLE^yL
ME]4tu
onSt%5{P%X
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: eUQmW^
,4xNW:!j
static holder _1; tqh)yr;
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ,\"x#Cc f
}||p#R@?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); !9
kNL
而不用手动写一个函数对象。 |OF3O,5z
vw!7f|Pg ~
"KK}}$>
,= ApnNUgX
四. 问题分析 S;#:~?dU
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。 q;nAq%
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。 13/,^?
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 4bGvkxZo`$
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 plB8iN`x<
下面我们可以对这几个问题进行分析。 wsB-(
0-
Ur< (TM
五. 问题1:一致性 Sy <E@1
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?| ty['yV-;a
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 `PtB2,?
dNf9,P_}
struct holder +BtLd+)R
{ <tbs,lcw;
// 6Zn[l,\
template < typename T > mv:@ D
T & operator ()( const T & r) const u-iQ
{ +
>dC
return (T & )r; -{OJM|W+
} 0qFO+nC
} ; )
6QJZ$
jW8ad{
这样的话assignment也必须相应改动: 8/R$}b><
P{K\}+9F
template < typename Left, typename Right > B">Ko3
class assignment [rcM32
{ :!Q(v(M
Left l; kYkA^Aq
Right r; +1cr6a
public : #@BhGB`9Qt
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} U9`Co&Z2
template < typename T2 > }|Q\@3&
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ?SYmsaSr5
} ; 0AWxU?$A4
N~v<8vJq`
同时,holder的operator=也需要改动: :^?-bppYW
?E!M%c@,
template < typename T > ]#shuZ##>0
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const \kyoA
Z
{ apJXRH`
return assignment < holder, T > ( * this , t); D]iyr>V6'
} 8~,zv_Pl
%u9Q`
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。 Mj>QV(L8t
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 e/g9r
6bj77CoB
return l(rhs) = r; fI;nVRfp
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。 aj1g9y
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: "kcix!}&
~P}ng{x4z
template < typename Tp > zp9l u B
class constant_t
rwSR
{ 3<)][<Ud
const Tp t; (bI/s'?K
public : w8q
2f-K-
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} F#9^RA)9
template < typename T > ZGh6- /
const Tp & operator ()( const T & r) const ;>ml@@Z
{ b (HJ|
return t; y]R+/
} PyI"B96gz
} ; e9'0CH<
DQu)?Rsk
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 s^PsA9EAn
下面就可以修改holder的operator=了 T-4dD
3jfAv@I ~
template < typename T > wU'+4N".
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const J=kf KQV
{ fA1{-JzV<4
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); VPO~veQ
} PQ_A^ 95
?vWF[ DRd'
同时也要修改assignment的operator() =`(W^&|
"usPzp5
template < typename T2 > >f&L7@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ;=P!fvHk
现在代码看起来就很一致了。 D{d%*hlI 3
t&JOASYC
六. 问题2:链式操作 d7X7_
现在让我们来看看如何处理链式操作。 mg._ c
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。 PS!or!m
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。 MR4k#{:w
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。 Y>c+j
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct <M5fk?n,|
6,1oLvU
template < typename T > pfc"^Gi8
struct result_1 ?)<zzL",
{ op-\|<i
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; /ioBc}]
} ; {QdoIPr3
@R;k@b
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: yfqe6-8U
7zN7PHT=$t
template < typename T > k`' *niz
struct ref 2Kr8#_) 0
{ b$
8R
typedef T & reference; fWIWRsy%
} ; lOb(XH9
template < typename T > X<W${L$G
struct ref < T &> b
~]v'|5[
{ V4Qy^nn1
typedef T & reference; "85)2*+
} ;
e1V1Ae
qOQ8a:]?
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: H;AMRL o4z
]d{lS&PRlg
template < typename T > Wzffp}V
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const "Il)_Ui
{ LtUw
return l(t) = r(t); q!><:"#[G
} m#_M"B.cm
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。 (*vBpJyz%
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 plr3&T~,&S
kbH@h2Ww
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 L|b[6[XTHL
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 2*gB ~Jn4
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 p,(W?.ZDN?
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 c*R\fQd
最后的布局是: Ed-3-vJej6
Add g#1Y4
/ \ ]TtID4qL
Divide 5 muK.x7zyl
/ \ e6 <9`Xg
_1 3 TZg1,Z
似乎一切都解决了?不。 t1yfSStp
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。 >@a7Zzl0H
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。 F_/ra?WVH
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: @0tX,Z9
eQ[}ALIq
template < typename Right > ;jPiD`Kyv
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const heWQPM|s
Right & rt) const Ix(,gDN
{ Ne3YhCC>
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); tK# /S+l
} '4M; ;sKW
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 y>T>
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。 /#t::b+>x
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。 @S5HMJ2=
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。 *].qm
g%
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。 j]- _kjt
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? P_p\OK*l]o
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: -M T1q qi
sC2NFb-+&
template < class Action > xd"+ &YT
class picker : public Action u2fp~.'P
{ ?V~vP%1
public : +RiI5.$=Z
picker( const Action & act) : Action(act) {} $i!r> .Jo
// all the operator overloaded S$40nM
} ; 7dE.\#6r
![I|hB
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。 Dwr" -
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: OP=-fX|*Q
i;Kax4k
template < typename Right > '9Q#%E!*
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const rmWsob
{ CQ{{J{pU"
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Vvfd?G"
} zyP/'X_~:
7.)_H
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 3'0Jn6(
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。 tef>Py
D=.Ob<m`Z
template < typename T > struct picker_maker kf |J
{ i]@k'2N
typedef picker < constant_t < T > > result; NweGK
} ; im)r4={
9
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > sint":1FC
{ 'w<^4/L Q
typedef picker < T > result; X1[zkb
} ; p"H/N_b4
c&