一. 什么是Lambda o,| LO$~
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 T#;W5<"
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, }?"}R<F|M,
.A;e`cKb
_[zZm*
I{8fTod
class filler hT`kma
{ dP>~ExYtm
public : 6S#Y$2
P
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 8@Zg@>,
} ; +mM=`[Z`??
=T73660
OE{{,HFa`G
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: "N"$B~W*
9"KO!w
hf6=`M}>i
\8Mn[G9TL
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); @Q!Jzw#B
pGQP9r%
MAhJ>qe8
p
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 k[TVu5R
mAycfa
j]-0m4QF
3j'A.S
二. 战前分析 ,EkzBVgo
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。 W[pOLc-
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
r8,=
.hBq1p
G?:{9. (
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); b2}>{Li0
/* --------------------------------------------- */ W62 $ HI
vector < int *> vp( 10 ); N_dHPa
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); uvNLm]*
/* --------------------------------------------- */ XRZj+muTZ
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); F.zx]][JV
/* --------------------------------------------- */ _|f1q
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 4&r5M
/* --------------------------------------------- */ c$Vu/dgx
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); sK)fEx
/* --------------------------------------------- */ 20 <$f
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1);
;E Z5/"T
9YpgzCx
Z
N$\'X<{
Wo&WO
e
看了之后,我们可以思考一些问题: 2nNBX2o&_
1._1, _2是什么? 8*nv+
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 w_c)iJ
2._1 = 1是在做什么? y^PQgzm]
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 d:Y!!LV-@L
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 75@!j[QL<
cB$OkaG#
#'poDX?
三. 动工 ]><K8N3Z
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: oRf.34
F52%og~N
zD#$]?@ b
k|C~qe3E
template < typename T > AcZ{B<
class assignment }BF!!*
{ bQU{)W
T value; F$L2bgQR?'
public : 1NHiW
v
assignment( const T & v) : value(v) {} I5nxY)v
template < typename T2 >
j,DF' h
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } jL9g.q4^
} ; o#"U8N%r
NCW<~
q=I8W}Zi
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 l#%qF Db
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment \9HpbCHr
a0wSXd
(p19"p
;(&$Iw9X
class holder X8}m
%
{ /KU9sIE;
public : *~h@K Qm7
template < typename T > z3n273W>6
assignment < T > operator = ( const T & t) const s3(mkdXv
{ ]=gNA
return assignment < T > (t); tTjadnX
} y?6J%~\WP
} ; \ltbiDP2
GHs,,J;
{yo{@pdX>
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: HbOLf
DOaTp f
static holder _1; C VXz>oM
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 d4ga6N3'
:d AC:h
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); }3825
而不用手动写一个函数对象。 "[wkjNf%
JXx[e
5T*Uq>x0
OLH[F
四. 问题分析 3_DwqZ 'O
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。 8O[br@h:5
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。 ;JuBybJb
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 #QUQC2P(~
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 #&k`-@b5|
下面我们可以对这几个问题进行分析。 e/7rr~"|
;\'d9C
五. 问题1:一致性 pZ`^0#Fo
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?| w@![rH6~F
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 `4SwdW n
n 3eLIA{
struct holder ~=P#7l\o1
{ mm
dQ\\
// WMw|lV r
template < typename T > vVbBg; {
T & operator ()( const T & r) const A!^
d8#~.
{ @u>:(9bp
return (T & )r; gzMp&J
} U/#X,Bi~
} ; wsKOafrV
7Dt*++:
这样的话assignment也必须相应改动: ^)nIf)9}7
*'-[J 2
template < typename Left, typename Right > C8Oh]JF4d
class assignment YigDrW
{ $etw'c0
Left l; Y9}ga4
Right r; .),Fdrg
public : 1!S*z^LGl
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ;f!}vo<;
template < typename T2 > iW?z2%#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ^XgBkC~
} ; gcA,u)z}R
kgb:<{pJ
同时,holder的operator=也需要改动: Fv} Uq\v[
CcJ%;.V,T
template < typename T > I3.cy i
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Op_(10|
{ Ajm
return assignment < holder, T > ( * this , t); oypF0?!m
}
N Zu2D
Z~3
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 u2E}DhV
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 vWH)W?2
W^,(we
return l(rhs) = r; ,%T
sfB
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 7~qyz]KkE
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Xk(p:^ R
YlC$L$%Zd.
template < typename Tp > :^En\YcU
class constant_t [*K.9}+G_
{ ?:Sqh1-z
const Tp t; [BTOs4f
public : PJ))p6
9
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 3P *[!KI
template < typename T > [9C{\t
const Tp & operator ()( const T & r) const X|'[\v2ld
{ 8U)*kmq
return t; .[:y`PCF
} 5v[2R.eT-
} ; j,79G^/YG
NX&Z=ObHu}
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 6hO]eS
下面就可以修改holder的operator=了 WB.w3w[f
ce<88dL
template < typename T > s$Vz1B
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ZA7b;{o [
{ W_L;^5Y;m
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); "rnVPHnQR
} W|L#Q/
RX
r'<!wp@
同时也要修改assignment的operator() ,UNnz&H+f
!y&<IT(\4
template < typename T2 > ++!'6!l
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } q\G7T{t$.
现在代码看起来就很一致了。 V4ybrUWK
or`D-x)+@
六. 问题2:链式操作 LlcH#L$
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Gm[XnUR7V
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。 C/!7E:
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。 'j\~> a3\
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。 blKF78
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ]64pb;w"$D
ROJ=ZYof
template < typename T > cKB1o0JsYJ
struct result_1 ckkm}|&m
{ qK)T#sh
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; g!;a5p6
} ; f2?01PM,Q
he|.Ow
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: }2''}-Nc
0V+v)\4FE
template < typename T > tfdb9#&?
struct ref r-AD*h@QZ
{ 5i-VnG
typedef T & reference; IOY<'t+
} ; *&~(>gNF,
template < typename T > ! JauMR
struct ref < T &> Zg3
/,:1
{
^+wA,r.
typedef T & reference; hO2W!68
} ; BU O8Z]
7;a
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Ae*
6&R4
{Fvl7Sh
template < typename T > !l$k6,WJi
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const <C_FRpR<f
{ q4SEvP}fLx
return l(t) = r(t); LaYd7Oyf]
} p^s:s-"f\
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。 ZKJhmk
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 u =lsH
MxqIB(5k
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 y9~:[ jB
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: @!*I
mNMI
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 9vBW CCf
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ,7)zavA
最后的布局是: Ud_0{%@
Add [$@EQ]tt/
/ \ _Mi*Fvj
Divide 5 > .K
/ \ Pp.]/;
_1 3 "}2I0tM
似乎一切都解决了?不。 :Q}Zb,32
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。 z,RjQTd
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。 fW$1f5g"
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: C8O<fwNM
qG3MyK%O\
template < typename Right > <l<