一. 什么是Lambda 0&.LBv8
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ! Zno[R
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, M\9at\$
l#tS.+B7
"L ^TT2
0W;q!H[G
class filler *iPs4Es-
{ ,:c:6Y^
public : gkSGRshf
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} !}z%#$
} ; )lQN)!.)
0T7M_G'5Q
~o}moE/
;O
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: 0@o;|N"i
])+Sc"g4k
H<v c\r
|*lH9lWJ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); A$%@fO.b
],!\IqO
:yd=No@
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 5wT',U"+
l0eANB%Y=@
b$;HI7)/K
] dW%g?
二. 战前分析 RmcYaj^=
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。 kqjxJ5
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 +I^+k "
c ,Qw;
tVC@6Z$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ^nG1/}
/* --------------------------------------------- */ J&
1X
vector < int *> vp( 10 ); \/?
!
6~
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); sZ0g99eX
/* --------------------------------------------- */ L+v8E/W
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); xmCm3ekmpC
/* --------------------------------------------- */ $ iX^p4v
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); oc!biE`u
/* --------------------------------------------- */ #N<s^KYG-
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); .q
AQPL
/* --------------------------------------------- */ XMjI}SPG
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); p=:7 atE
N{?Tm`""
43UJ#rF
bx+(.F
看了之后,我们可以思考一些问题: NTXws4'D
1._1, _2是什么? {Bav$kw;?e
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Y9z:xE
2._1 = 1是在做什么?
s98: *o3
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 F2Nb5WT
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 sV9{4T~#|
g
@c=Bt$
&.|;yt%v
三. 动工 HV]~=Bw2I
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: + TPbIRA
>WGX|"!"
m]+X}|
9'L1KQ
template < typename T > ~EM#Hc,
class assignment =Bcux8wA#6
{ eY0Ly7
T value; 5^G7pI7
public : SL?%/$2g=O
assignment( const T & v) : value(v) {} h$#4ebp
template < typename T2 > (.jO:#eE%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } I v 80,hW
} ; z|t.y.JX
;j[q?^ b
7)ES!C
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 :X1`wBu
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Yke<Wy1
{[(W4NAlH
jgZX~D
:Su 5
class holder hr/xpQW
{ mI_ 6f~
public : ;ph+ZV
template < typename T > DYy@t^sC
assignment < T > operator = ( const T & t) const LaAgoarN
{ .HH,l
return assignment < T > (t); S4@117z5
} ~|$) 1
} ; \kua9bK
$S"zxEJJ Y
HnH2u;
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: BMtYM{S6
Q rrZF.
static holder _1; OI;L9\MJc
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 g%<{G/Tz
<uWJ>sg^6
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Gc3PN
而不用手动写一个函数对象。 P~b%;*m}8
vl#V-UW$4P
9fr&Yb=_o@
<E(-QJ
四. 问题分析 iG;d0>Sp
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。 9I^H)~S
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。 S%a}ip&
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 8&`T<ECq>
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 v]d?6g
下面我们可以对这几个问题进行分析。 A7I8Z6&
7@e[:>e
五. 问题1:一致性 U3VsMV*Y
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?| N?`GZ+5
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 //4p1^%
`"bRjC"f]
struct holder B4M'Er{v
{ DI"dY
ug#
// 4F 6ju6w
template < typename T > Ri%Of:zZ
T & operator ()( const T & r) const "~i#9L/H
{ :#"OCXr
return (T & )r; U8.0 L
} e-T9HM&%P
} ; fu7[8R"{
;#Crh}~
这样的话assignment也必须相应改动: $7k04e@]
QVA!z##
template < typename Left, typename Right >
M\$<g
class assignment J[_?>YJ
{ |~T+f&
Left l; KlSY^(kHR
Right r; JqH.QnKcv
public : u0$5Fd&X
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Hf E;$
template < typename T2 > ;*85'WcS
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } im^I9G
} ; .jG.90
8)2u@sx%
同时,holder的operator=也需要改动: ES:p^/ =*
*^&iw$Qx3
template < typename T > 36D,el In
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const r:S5x. P2
{ k+>p!1
return assignment < holder, T > ( * this , t); U]R|ej
}
_ jM6ej<
fSb@7L
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 u{y5'cJ{
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 H"Em|LX^
EWvid4QEi
return l(rhs) = r; 9DocId.
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 h?O%XnD
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: }e;p8)]Wl
nh_xbo5L[
template < typename Tp > 70 DQ/b
class constant_t j(2tbWg9-
{ oU{-B$w
const Tp t; 8i+jFSZ$
public : C ^ k3* N
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} v(WL 3[y;
template < typename T > u>-uRz<)t
const Tp & operator ()( const T & r) const rBL_]\$7}
{ )7 BNzj"~
return t; i\c^h;wX
} ]`+"o[
} ; ?2
O-EiWjZ
J5r
L7
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 #on fac- 3
下面就可以修改holder的operator=了 Xwn|.
N6 Cc%,
template < typename T > m]b.P,~v
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const <H(AS'
{ #
v/aI*Rl
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); b9!J}hto,
} #p^pvdvh3
U*#E aL
同时也要修改assignment的operator() A 5\"e^>
L?pvz}
template < typename T2 > gcY~_'&u
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } )I1V2k$n
现在代码看起来就很一致了。 =dJEcC_J
? F:C!_
六. 问题2:链式操作 6(RqR
现在让我们来看看如何处理链式操作。 n$VPh/
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。 enO=-#
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。 Vf* B1Zb
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。 ]4pC\0c
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Y K 62#;
kKTED1MW&W
template < typename T > ;?[ +vf")
struct result_1 G;.u>92r|
{ ZJ'H y5?
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; \~m%4kzG8J
} ; LHGK!zI
XwqfWd_
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: +vY`?k`
jYssz4)tp
template < typename T > F_
lj>;}a5
struct ref U8 @*I>vA
{ 3R96;d;
typedef T & reference; dXy"yQ>{
} ; &ppZRdq]
template < typename T > Pn){xfqDl
struct ref < T &> t7&
GCZ
{ _ -FQ78C
typedef T & reference; CMB$RLf
} ; hQrsZv:Q
]0nC;|]@Lx
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: H5rNLfw
'
+R jD\6bJb
template < typename T > 6O?S r,
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const UEb'E;
{ L
~'N6
return l(t) = r(t); p~VW3u]
} YRX2^v ^[
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 |r!Qhb.!
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ;C@^wI
.ceU @^
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 Ptxc9~k
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: P<oD*C
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 "h|0]y^2
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 E.*OA y
最后的布局是: GeR-k9
Add 9!<3qx/
/ \ 3).c[F^l
Divide 5 IOsDVIXL\
/ \ t,Rn
_1 3 Nd!=3W5?
似乎一切都解决了?不。 fae yk]u
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 8&iI+\lCy
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 ))-M+CA
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: Yl3PZ*#@ Q
C F 0IP
template < typename Right > /-9+(
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const "PP0PL^5F
Right & rt) const [_B&7#3>7
{ ]t0S_UH$
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); J:!Gf^/)
} JqIv&W