一. 什么是Lambda ,.DU)Wi?}
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 `@eQL[Z9x
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, 'S&5zwrH
6R"& !.ZF
ga!t:O@w
C'hZNFsF;
class filler G;`+MgJ)
{ RD,`D!
public : _jP]ifu`
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ](3=7!!J
} ; ve'h z{W
6$`8y,TMSt
OCF=)#}qd
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: a^|mF#
z
0urQA_JC
o2&mhT
'Kc;~a
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ~kF^0-JZY
\iO
,y:
rfoLg
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 @#;~_?$?C
8BBuYY{
$FS
j^v]
ys09W+B7
二. 战前分析 8*6U4R
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 T+Du/ERL
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 *<]ulR2
Fb.wm
F d *p3a
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); k${25*M!3
/* --------------------------------------------- */ )g+~"&Gcx
vector < int *> vp( 10 ); O &;Cca
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Un@d Wf6'
/* --------------------------------------------- */ +>Y2luR1
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); yP6^&'I+
/* --------------------------------------------- */ REc69Y.k
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); THkg,*;:
/* --------------------------------------------- */ }-! 0d*I
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); -I'#G D>
/* --------------------------------------------- */ j%Usui<DL
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); +<&_1%5+
g \&Z_
p~BEz?e
[Vc8j&:L
看了之后,我们可以思考一些问题: h 5<46!P
1._1, _2是什么? RMDzPda.
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。 !CY:XQm
2._1 = 1是在做什么? ~"#qG6dP
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。 'HzF/RKh
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。 5{L~e>oS9
]]V|[g&aJ
6 -N 442
三. 动工 (gQP_Oa(
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Rcc9Tx(zvQ
2V:`':
\0).
ODA(
*3d+ !#;rG
template < typename T > +d>?aqI\A
class assignment ^|hlY]Ev
{ ot($aY,t
T value; @j=:V!g2O
public : 8,7^@[bzXx
assignment( const T & v) : value(v) {} Y;-$w|&P>
template < typename T2 >
E{k$4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 9$$dSN\&
} ; ]{s0/(EA
|6v
$!wBi
A+de;&
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 @>cz$##`
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment &N:Iirg
<A^sg?s<'
kUGOkSP8[
;G.5.q[A
class holder ($'W(DH4
{ #oW"3L{,
public : 0Ta&o-e
template < typename T > -n FKP&P
assignment < T > operator = ( const T & t) const X|y(B%:
{ vJ9I z
return assignment < T > (t); VddHK
} d<K2
\:P{}
} ; >mJH@,F:
SO4?3wg7
,cE yV74
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: `,QcOkvbC
_t&`T
static holder _1; @QteC@k
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 0v+-yEkw
l0 =[MXM4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); /s*.:cdH
而不用手动写一个函数对象。 e`n+U-)z
6~c#G{kc
,_iq$I;
iR?}^|]
四. 问题分析 !6!Gx:
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。 ,2YZB*6h{
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。 ysapvQN_6
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 VWq]w5oQO
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 '_d4[Olu
下面我们可以对这几个问题进行分析。 5EU~T.4C<
7UIf
五. 问题1:一致性 {Y-~7@
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?| 0FSN IPx
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 "i#aII+T
% IHIXncv[
struct holder "!+gA&
{ {ETM >
// Z_Wzm!:
template < typename T > `AYq,3V
T & operator ()( const T & r) const }@eIO|
{ |Dt_lQp#
return (T & )r; (\0
<|pW
} jr,N+K(@T
} ; jc!m; U t
CYRZ2Yrk?"
这样的话assignment也必须相应改动: nv0\On7wd
#u}%r{T
template < typename Left, typename Right > t0+i]lr
class assignment SQ_Je+X
{ Q$uv
\h;
Left l; fIl;qGz85
Right r; WQ{[q" O
public : wA\5-C7j
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} z/u^
template < typename T2 > 8N%nG(
0
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } W1 k]P.
} ; )adV`V%=>
q`,%L1c4
同时,holder的operator=也需要改动: [Ur\^wS
nl
qn:[BU
template < typename T > x-"8V(
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const g5
T
{ 0z'GN#mT5
return assignment < holder, T > ( * this , t); S=(<m%f
} Y=p!xr>
m8ts!6C
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 DmpT<SI+!
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 H1I^Vij
-8xf}v~u
return l(rhs) = r; Wl |5EY
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 y{S8?$dU$:
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: d2V X\
V\o7KF
template < typename Tp > V:$+$"|
class constant_t RFMPh<Ac
{ =e4 r=I
const Tp t; .4p3~r?=S
public : AH|gI2
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} @^A5{qQ\
template < typename T > =hkYQq`Q
const Tp & operator ()( const T & r) const '`3#FCg
{ @@)2 12
return t; odCt6Du
} MfP)Pk5
} ; yEq7ueJ'
TG%B:^Yz!
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 .^?zdW
下面就可以修改holder的operator=了 $P=C7;
*!%lBt{2
template < typename T > U}LW8886
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const =eDIvNps
{ =j62tDS
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); _p^"l2%D/
} {uj_4Ft
J0?kEr
同时也要修改assignment的operator() |M7cB$y
P(hGkY=(
template < typename T2 > X_]rtG
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } BH">#&j[
现在代码看起来就很一致了。 O2?C *
fbNzRXw
六. 问题2:链式操作 /]_ t->
现在让我们来看看如何处理链式操作。 g1s%x=7/
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。 Ho>Np&
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。 r- <O'^C
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。 dE7S[O
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ^U}k
t:2v`uk
template < typename T > u=
NLR\
struct result_1 Ax;=Zh<DAv
{ 1z?}'&:
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; l4>^79* *
} ; {'5"i?>s0>
O`B,mgT(
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: <h/%jM>9/
{~3QBMx6
template < typename T > `7CK;NeT
struct ref [d: u(
{ 0B}4$STOo[
typedef T & reference; H$KO[mW}
} ; K:wI'N"N
template < typename T > Jsz!ro
struct ref < T &> Z!)~?<gcq:
{ ilA45@
typedef T & reference; 0NXH449I=
} ; 5% 2A[B
}yz>(Pq
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: V
~C$| +>e
ffZ~r%25{
template < typename T > 5E&#Kh(I
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Z0F~?
{ ,#K/+T
return l(t) = r(t); n0xGIq
} Oynb"T&8
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 `*C=R
_
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 +$h
[_,as
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 R4m{D
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 5*AXL.2ih
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 nHseA
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 i[v4[C=WB!
最后的布局是: D 2X_Yv
Add xN 1P#
/ \ O
G`8::S
Divide 5 ,/42^|=Z6O
/ \ /Mqhx_)>A
_1 3 `(e :H
似乎一切都解决了?不。 /yOx=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。 /wV|;D^ )
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。 3Q=^&o