一. 什么是Lambda "f/lm 2<
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Sx?IpcPSm
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, u!?cKZw
5xX*68]%
L^uO.eI"m
\L}aTCvG
class filler &+;z`A'|8
{ RhIRCN9
public : ?ORG<11a
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} dPgN*Bdv
} ; Jj4!O3\I
S"0<`{Gv
Gh}sk-Xk=
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: IOmQ1X7,
QxG:NN;jW
[t/7hx"2t
AeR3wua
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); %Ez=
'MH WNPG0
f(!:_!m*
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 5D9I;L{
'1{co/Y
*m6~x-x
aF1i!Z
二. 战前分析 !PJD+SrG
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。 (4=NKtA^G
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 9gR@Q%b)
NwbB\Wl
k2DT+}u7G
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Lpd q^X
/* --------------------------------------------- */ 2<53y~Yi%
vector < int *> vp( 10 ); g>)&Q>}=W
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); XMo#LS
/* --------------------------------------------- */ },G6IuH%
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); vpu20?E>5z
/* --------------------------------------------- */ de{@u<YZb
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); F,}wQN
/* --------------------------------------------- */ \nT, NV11
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); k/bY>FY2r
/* --------------------------------------------- */ MebLY $&8
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); F_0vh;Jo
&6
.r=,BO
uz-O%R-
j xB
看了之后,我们可以思考一些问题: :H($|$\h
1._1, _2是什么? EwDFU K
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 V9\g?w
2._1 = 1是在做什么? :4RD.l
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 N T+%u-
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 |35"V3bs
OXc!^2^
w/+e
三. 动工 tDn{;ED<
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Ca}T)]//
.:gZ*ks~
6\"g,f
@%Y$@Qb{
template < typename T > }jTCzqHW]
class assignment B>sSl1opI
{ 0\XG;KA
T value; A'Q=DoE
public : w5zrEk#
assignment( const T & v) : value(v) {} pIcvsd
template < typename T2 > HUUN*yikj
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } k$]-fQM
} ; }4G/x;D
*b#00)d
]M%kt +u!
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 a&oz<4oT
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment RMJq9a
lS<T|:gz@
u.W}{-+kp
d +0(H
class holder _Q&O#f
{ V`:iun^f
public : J*HZ=6L
template < typename T > JAPiR=
assignment < T > operator = ( const T & t) const XL!\Lx
{ nO-1^HUl
return assignment < T > (t); "Z xM,kI
} *^ag wQ`
} ; YI[y/~!
S
?v^/F
xZ2^lsY
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: fePt[U)2
U Px7u%Do
static holder _1; =e\E{K'f@
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 &oi*]:<FNe
!<`}mE!:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); l6o?(!:!%
而不用手动写一个函数对象。 ['1JNUX
7-Bttv{
<zUU`
%&EDh2w>
四. 问题分析 )X-~+X91S
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 Iu(j"b#
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 eYSVAj
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 79}voDFd
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 4-ijuqjN
下面我们可以对这几个问题进行分析。 1 /@lZ
g+CTF67
五. 问题1:一致性 ::'DWD1
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| uh,~CvXU]
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 >wsS75n1
T\}?
struct holder t4HDt\}&k~
{ St9+/Md=jQ
// @log=^
template < typename T > i
qLNX)
T & operator ()( const T & r) const 2oL~N*^C
{ B^8]quOH
return (T & )r; y9<]F6TT
} <$m=@@qg
} ; HI+87f_Q
c{7<z9U
这样的话assignment也必须相应改动: .Y@)3
w?u4-GT
template < typename Left, typename Right > H~fX>6>
class assignment mC-'z
{ h7 uv0a~0
Left l; wXj!bh8\r
Right r; =lyP &u
public : %~z/, [wk
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} J2tD).G
template < typename T2 > mv%Zh1khn/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; }
'ju
} ; ]{2Eo
gW0{s[}T
同时,holder的operator=也需要改动: z
xe6M~+
q ERdQ~M,
template < typename T > QY$Z,#V)
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const vsFRWpq
{ {3V%
return assignment < holder, T > ( * this , t); ;0R|#9oX_
} D I`
M
f[S$Gu4-
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。 .nGYx
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ry99R|/d1
pUTC~|j%:
return l(rhs) = r; j?eWh#[K"
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。 {'(1c)q>
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: WnATgY t
u+U '|6)E
template < typename Tp > h ~\bJ*Zp
class constant_t ]g}Tqf/N%
{ :#yjg1aej
const Tp t; _1<zpHp
public : \W^+aNbv=8
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} :Fvd?[
template < typename T > 7&I+mw/X
const Tp & operator ()( const T & r) const FNQR sNi
{ 6[iu CMOZ
return t; NTj: +z0
} ,7wxVR%Ys
} ; ~\0uy3%
T*m;G(
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 #zRT
下面就可以修改holder的operator=了 ,F4_ps?(
/CXrxeo
template < typename T > naQ0TN,
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const *{/L7])gm
{ \QpH~&QIS
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); iJIDx9 )Z
} Hh|a(Zq,
O&ur|&v
同时也要修改assignment的operator() ^+v6?%m
p-KMELB
template < typename T2 > a.oZ}R7'Y
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } t&GjW6]W
现在代码看起来就很一致了。 zAr@vBfC%
vmV<PK-
六. 问题2:链式操作 wK0= I\WN9
现在让我们来看看如何处理链式操作。 dcK7Dd->
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。 #<^ngoOj
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。 )isJ^ *6y
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。 |l*#pN&L
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct i/Nd
g{]C@,W
template < typename T > nWrknm
struct result_1 \|OW`7Q)k
{ C>1fL6ct
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; &n5Lc`
} ; )ifEgBT
81(.{Y839_
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: +`@)87O
'[XtARtY`
template < typename T > ]["=K!la:
struct ref ,g2oqq ?
{ Sk'S`vH
typedef T & reference; )v4?+$g
} ; 4V$DV!dPQ}
template < typename T > a0s6G3J+9
struct ref < T &> Hl@)j
{ U?%1:-#F
typedef T & reference; Z(' iZ'55F
} ; M- f)\`I
3jH8pO^
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: E0g`
xf6c
_~^JRC[q
template < typename T > jK#[r[q{
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ;bC163[
{ x{$~u2|
return l(t) = r(t); 2 g)W-M
} L `fDc
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 pi'w40!:
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 >o#5tNm
~ jR:oN
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 ` 0YI?$G1
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ZTq"SQ>ym
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 c4T8eTKU
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 (x.O]8GKP
最后的布局是: ddf#c,SQ
Add ,mu=#}a@}
/ \ =h`yc$
A(2
Divide 5 hQm"K~SW=
/ \ (#4
_1 3 ;:w?&4
似乎一切都解决了?不。 (sngq{*%%z
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。 F<KUVe
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。 qkCj33v
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: ?q&*|-%)_d
E7XFt#P.
template < typename Right > :d&^//9
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const UuNcBzB2d
Right & rt) const :HDl-8]Lw
{ nm!5L[y!0
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); LD'eq\vO
} {x$h K98
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 o6 FSSKM
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 l'_P]@*
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 Lyx \ s;
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 sT. :"Pj$
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。 H;QE',a9+i
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? jKOjw#N
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: ;ew3^i.du
l7{Xy_66
template < class Action > M_o<6C
class picker : public Action $oefG}h2
{ qRD]Q
public : sknta0^=2
picker( const Action & act) : Action(act) {} L*A9a
// all the operator overloaded EF7Y 4lp
} ; \]uo^@$bm
p8%/T>hK
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 W!$aK )]4u
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: tMWDKatb
\6UK:'5{
template < typename Right > ?m)3n0Uh
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const R7/"ye:7J
{ 6LGy0dWpG
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); [Rz9Di ;
} {b|:q>Be8
2#sJ`pdQ
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Cf-R?gn]
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。 yu3T5@Ww
{x3"/sF
template < typename T > struct picker_maker IF<?TYy=3B
{ ;C1]gJZ,
typedef picker < constant_t < T > > result; *x^W`i
} ; HG(J+ocn
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 7XE |5G
{ TFX*kk&R
typedef picker < T > result; ;QT.|.t6
} ; S7tc
VEolyPcsg&
下面总的结构就有了: gm**9]k ^{
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。 K._tCB:
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。 I}5#!s< {&
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 J#tGQO
至此链式操作完美实现。 !n<vN@V*3d
%R%e0|a
8pc=Oor2Tv
七. 问题3 +w~<2Kt8
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。 pw^$WK
.xRJ )9q
template < typename T1, typename T2 > ;\N{z6
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const G(LGa2;Zg
{
f'hrS}e
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); }i32
} 5*.JXxE;U
JLS|G?#0
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: gr\UI!]F
3BBw:)V
template < typename T1, typename T2 > ar-N4+!@
struct result_2 /D]?+<