一. 什么是Lambda :6$>_m=i
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 qWw\_S
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, (p%>j0<
F2X0%te
](|\whI
Jaz?Ys|S
class filler 1'?4m0W1
{ EYA,hc
public : J=/5}u_gw
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} :6%Z]tt
} ; ']+Uu'a
dO%W+K
7g3>jh
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: {T].]7Z
.`&F>o(A
$tl\UH7%2
y|wc,n%L>
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Sfdu`MQR
d^`?ed\1
itMg|%B%
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 XC+A_"w)
R4-~j gzx
X]y)qV)a[c
zl`h~}I
二. 战前分析 W5R\Q,x6
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 q:g2Zc'Y~W
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 *z7dl5xJ
]kboG%Dl?9
vhhC>
7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ,~._}E&9I
/* --------------------------------------------- */ _Zr.ba
vector < int *> vp( 10 ); 71l%MH
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); B/n[m@O
/* --------------------------------------------- */ k?7 X3/O
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); nl9P,
d
/* --------------------------------------------- */ z<5m
fAm
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 0Zg%+)iy@
/* --------------------------------------------- */ +sJrllrE(
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 4
uQT5
/* --------------------------------------------- */ 2@
Z(P.Gh
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); twx[s$O'b
(IPY^>h
Z:_D0jG
Ot`VR&}
看了之后,我们可以思考一些问题: T'~!9Q
1._1, _2是什么? !Ta>U^7
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。 Q1z;/A$Al
2._1 = 1是在做什么? Hik3wPnp
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 =yy5D$\
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。 '{B!6|"X
%D[0nt|X
[VWUqlNt>
三. 动工 `Ry]y"K
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: t N2Md}@e
nb>7UN.9
/Js7`r=Rx
<Z/x,-^*<
template < typename T > u#@Q:tnN_
class assignment ZR'H\Z
{ .AU)*7Gh
T value; \oZ5JoO
public : x_dy~(*
assignment( const T & v) : value(v) {} T|TO }_x
template < typename T2 > >_LDMs[-p
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } @i*|s~15
} ; %x}
O1yV
%Ijj=wW
STaA]i}P
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 k Zq!&
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment zO
MA
NW&b&o
"%x<ttLl
Zp#v Hs
class holder mOlI#5H
{ Kc^;vT>3
public : J`^I./
template < typename T > ,YMp<C
assignment < T > operator = ( const T & t) const TU
1I} ,
{ (/j); oSK
return assignment < T > (t); Ck|8qUz-
} t0T"@t#c
} ; Mwr"~?\\
G"XVn~]
d8x \
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: EB8\_]6XJ
yu/`h5&*
static holder _1; oGRhnP'PF+
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 se>MQM5 )
_}En/V_
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); UQI]>#_/v
而不用手动写一个函数对象。 4zo5}L`Y
<N9[?g)
O~^"
L#
2+z@g
四. 问题分析 HZf/CE9T
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。 oczN5YSt
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。 Pw61_ZZ4B\
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 <"r#:Wr
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 E L9]QI
下面我们可以对这几个问题进行分析。 &@yo;kB
9
o&`5
五. 问题1:一致性 Yn G_m]
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?| |YY_^C`"-
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 eXf22;Lz
p ObX42
struct holder ikSt"}/hd
{ )(384@'"u
// t?'!$6
template < typename T > }=]M2}
T & operator ()( const T & r) const yLQ*"sw\
{ /
:n#`o=;
return (T & )r; d*%`!G
} F ;2w1S^
} ; Q{5kxw1ZF
K%RxwM
这样的话assignment也必须相应改动: O2%?
"*srx]
template < typename Left, typename Right > DuHu\>f<S
class assignment j4R(B
{ :dQ B R
Left l; ZU%[guf
Right r; ]33>m|?@
public : y3o25}"
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} zp%Cr.)$
template < typename T2 > 6U R2IxbE
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 2
Cv4=S
} ; ZWKg9 %y7
5?F__Hx*2
同时,holder的operator=也需要改动: ei[j1F
.jk@IL
template < typename T >
`yH<E+
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 9|gr0~j
{ io-![^{
return assignment < holder, T > ( * this , t); [VsKa\9u
} r'HtZo$^R
l^pA2yh|
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。 P>NF.BCq
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 r[b(I@T+
c_'OPJ
return l(rhs) = r; [nrYpb4
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。 G2Qlt@.T
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 6MT1$7|P&x
y+c|vdW%
template < typename Tp > ZL&g_jC
class constant_t x"gd8j]s
{ 5BlR1*
const Tp t; zGAq-<
public : $+Z)
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} mR?5G:W~R
template < typename T > lTV'J?8!-a
const Tp & operator ()( const T & r) const !y@NAa0
{ mUdOX7$c>
return t; x:7b/j-
} hPUYyjXPB
} ; LXC9I/j/
2ZG5<"DQ"
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 5ft`zf
下面就可以修改holder的operator=了 ;h*K }U
uao0_swW5
template < typename T > Kgi<UkFP
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const %t" CX5n
{ `lO[x.[
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); &:dH,
} -- %N8L;e
VcSVu
同时也要修改assignment的operator() Rn9m]x
][9%Kl*%@p
template < typename T2 > {f2S/$q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } T"E6y"D
现在代码看起来就很一致了。 O4cr*MCb5
WJkZ!O$"j
六. 问题2:链式操作 V )x$|!(
现在让我们来看看如何处理链式操作。 QLEKsX7p>
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 `.FF!P:{C*
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 mpuq 9)6
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 :D%"EJ
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct )4gJd?
8R
TarIPp
template < typename T > zQ@I}K
t
struct result_1 Sa?ksD2IaB
{ X(]WVCu
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Mc09ES
} ; q Gw -tPD<
4cabP}gBk
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: wVicyiY]
4'`{H@]tb
template < typename T > jkiFLtB@V
struct ref K1r#8Q!t
{ %C~1^9uq
typedef T & reference; hb zC#@q
} ; 1zm ulj%&
template < typename T > (@<lRA
^
struct ref < T &> #{?PbBE}
{ %Y<| ;0v
typedef T & reference; Ljxz.2LGr
} ; wRcAX%n&
7
%Oa;]|
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: .S(TxksCz
q>$ev)W
template < typename T > lef2 X1w}!
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 5R@
{ Co (.:z~
return l(t) = r(t); J&[@}$N
} e+$p9k~
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。 Rn`x7(WA
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 xy5lE+E_U
-fwoTGlX
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 sYe?M,
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 0fF(Z0R,
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 k. MUdU^
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 '(f&P=[b
最后的布局是: >XY`*J^
Add 4}_j`d/8|
/ \ NO|KVZ~
Divide 5 d
F9!G;V
/ \ ,uo'c_f(e
_1 3 & -{DfNK c
似乎一切都解决了?不。 GN ]cDik
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。 -yE/f2PgQ
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。 !/}O>v~o
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: |X0Y-
|uqf:V`z:
template < typename Right > 8P^ITL z%
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const w[9|cgCY
Right & rt) const r\b3AKrIN
{ 1<BX]-/tP
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Y?
x,
} 3HLNCt09
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 a:"Uh**
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。 J8S'/y(LE<
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。 0~ZFv Wv
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。 #JgH}|&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。 N}pw74=1
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? !n*
+(lZ
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: k5D%y3|9
D B-l$rj
template < class Action > 12;8o<~
class picker : public Action Y' %^NP}o
{ )Y2{_ bx4"
public : Cnbz=z
picker( const Action & act) : Action(act) {} _AQb6Nb
// all the operator overloaded .QA }u ,EN
} ; R_sr?V|"
V,q](bg
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 i\KQ!f>A
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: jUSmqm'
0Uo\wyd
template < typename Right > AWP"b?^G|
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const #9X70|f
{ 2$?C7(kW
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Z @^9PQG$
} o$w_Es]Ma
clNkph
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ``ou/Z
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 gW-V=LV (
{ jhr<
template < typename T > struct picker_maker lrv3fPIW
{ +pR[U4$
typedef picker < constant_t < T > > result; f>W-
} ; ^c&L,!_)H
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > B?4boF?~
{ c17_2 @N
typedef picker < T > result; K Pt5=a
} ; MrDc$p W G
poToeagZ~Q
下面总的结构就有了: 0URji~?|x
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。 kdl:Wt*4o
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。 !Cr(Pe]
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 jg.QRny^
至此链式操作完美实现。 f ` R/
i
Z/t+8;TMR,
Ed_N[I
七. 问题3 *q()f\
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。 #wV8X`g
+R|z{M)*
template < typename T1, typename T2 > ynE)Xdh
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const YhDtUt}?
{ VzY8rI
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); I~ok4L?VB
} `[W[H(AjQ
EL(nDv
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: 4scNSeW
y *fDwd~
template < typename T1, typename T2 > ^-,xE>3o
struct result_2 X&7F_#s
{ U-R6xxPZ
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; %`&2+\`
} ; vvKEv/pN7
m+lvl
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? _Em.
这个差事就留给了holder自己。 cVv;Jn
S/4^ d &Gr
YbTxn="_
template < int Order > px}|Mu7z~
class holder; Yy)tmq
template <> Ry%Mej:
class holder < 1 > \lZf<