一. 什么是Lambda -;c
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 <e"J4gZf&
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, c[(Pg%
n~r 9!m$<
wq0aF"k
bH9Le
class filler vgG}d8MW37
{ l gq=GHW
public : p8>%Mflf
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} &r_uQbx
} ; TUTe9;)
|r=DBd3
ExhL[1E
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: HtBF=Boq
&a #GXf
HYClm|
/=T"=bP#/
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); L]-w;ll-
;iX<`re~
YMB~[]$V<
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 3)E(RyQA3
*g7DPN$aQ
gY5l.&
o0Gx%99'
二. 战前分析 ;sQbn|=e"
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 @EZ>f5IO+
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 C3"&sdLb$
$G";2(-k
gA:TL{X0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); bx;f`8SN
/* --------------------------------------------- */ qu{mqkfN>
vector < int *> vp( 10 ); J_"3UZ~&
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); {BOLPE-
/* --------------------------------------------- */ rz
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); &?<AwtNN
/* --------------------------------------------- */ `BT^a
=5
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); )U98
/* --------------------------------------------- */ >4)g4~'n!
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); YKx 1NC
/* --------------------------------------------- */ Jt=>-Spj
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); CT"Fk'B'
k|j:T[_
L|67f4
?!S
GiARW?
看了之后,我们可以思考一些问题: Yn<)k_kp
1._1, _2是什么? qei$<j'b
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。 }98-5'u.X
2._1 = 1是在做什么? SMO*({/
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。 .ZX2^)`XD
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。 xZ ;bMxZ
3M*Y= ?pI
[j0w\{
三. 动工 JMsHK,(
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: %zljH"F
n7iE8SK|k
U$J5r+>
I: U$
template < typename T > $c=&0yt5
class assignment oyvtZ/@
{ mxL;;-
T value; TzF0/T!
public : *.8:'F
assignment( const T & v) : value(v) {} *8-p7,D
template < typename T2 > otnV-7)@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 0vckoE
} ; _S5gcPcF"
V/-MIH7SF
cjT[P"5$
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 sp{j!NSL
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment dXZP[K#
1v]t!}W:6
6ZgNHARS
p#<nK+6.8
class holder Q\WXi
{ VM;g+RRq
public : )E~mJln
template < typename T > taV|YP$
assignment < T > operator = ( const T & t) const `.8-cz
{ PP4d?+;V
return assignment < T > (t); 5"2@NL
} =1Sy@M bH3
} ; MBO,\t.
;tr)=)q&
Rp4FXR jC
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: gMay
9:\A7 =
static holder _1; DpNX66O
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 O3xz|&xY&
m)k-uWc$C
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); I}%mfojC
而不用手动写一个函数对象。 }K;iJ~kD1
-x?Hj/
D(@SnI+
\E&th p
四. 问题分析 Zh? V,39
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 .h6Y<
E
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 wRi~Yb?
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 [oJ& J>U'
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 JU2P%3
下面我们可以对这几个问题进行分析。 VO|u8Z"
P2QRvn6v
五. 问题1:一致性 ir+8:./6
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| "i(U
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 _Q^y_f
W
U0UG$o`
struct holder 0#]!#1utg
{ 0STk)>3$-
// SZE `J:w
template < typename T > oVreP
T & operator ()( const T & r) const e
sGlMq
{ oFn4%S:
return (T & )r; L:^Y@[f
} QU%N*bFW%P
} ; Ks51:M
'Ye]eL,I\
这样的话assignment也必须相应改动: F]0Jwm{
WS5"!vz
template < typename Left, typename Right > -BjEL;
class assignment /rOnm=P+Q
{ Y`q!V=
Left l; w&9F>`VET
Right r; \CDAFu#
public : P 4H*jy@?
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} `43vxcMg
template < typename T2 > uzO{{S-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } % dYI5U89
} ; k|fh\F+$
Q>V?w gZ
同时,holder的operator=也需要改动: VAt>ji7c
TftOYY.hQ
template < typename T > i(z+a6^@|
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const iPz1eUj
{ R'r|E_
return assignment < holder, T > ( * this , t); R rxRa[{Z
} 7Z
VVR*n|
4fD`M(wv
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。 XCV0.u|
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 z3ZuC{
ItMl4P`|
return l(rhs) = r; . ^BWR
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。 01-p
`H+
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Q.<giBh
D8a)( wm
template < typename Tp > 5#P: "U
class constant_t #% qqL
{ ^?#@[4?"
const Tp t; pDP33`OFh
public : <%he
o
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} XpOCQyFnM
template < typename T > ~;TV74~rr
const Tp & operator ()( const T & r) const E8+8{
#f;
{ i4 P$wlO
return t; = SA
4\/
} B>R*
f C@g
} ; 20n%o&kG]8
VN?<[#ij
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 $B*qNYpPy.
下面就可以修改holder的operator=了 HH+TjX/b
bL+sN"Km
template < typename T > NuHL5C?To
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const #3YdjU3w
{ w"yK\OE
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); NT'Ie]|
} Dy98[cL
0qOM78rE
同时也要修改assignment的operator() b$IY2W<Ln
4
3}qaf[
template < typename T2 > -v;iMEZ)
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } //VG1@vaVX
现在代码看起来就很一致了。 #@IQlqJfY7
%L.lkRs
六. 问题2:链式操作 _P>1`IR
现在让我们来看看如何处理链式操作。 l)|z2H
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。 !d/`[9jY
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。 W=q?tD~V
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。
7l[t9ON
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct A[K:/tB
G1,Ro1
template < typename T > q=T<^Tk#e
struct result_1 ^.nwc#
{ ?SBh^/zf
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Kw)C{L5a
} ; ytg7p 5{!i
.0rJIO
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: ^XtHF|%0T
$XU-[OF%:9
template < typename T > ^!N;F"
struct ref Vx0MG{vG1
{ S^*(ALFPj
typedef T & reference; :h3#1fko
} ; <t% Ao,"
template < typename T > Fj'\v#h
struct ref < T &> Rh5@[cg%
{ # Lu4OSM+
typedef T & reference; 8Ng))7g!
} ; "-G.V#zI
[RroHXdk+
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: >?H_A
:0i#=ODR
template < typename T > C6Um6X9/i
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ZS07_6.~
{ Rt*-#`I
$
return l(t) = r(t); eW<!^Aer
} +:j4G^ 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。 fo/(()
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 qg/Y;tGSx
pmE1EDPag
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 Nj! R9N
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: r%OrH-T
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 cj,&&3sbV
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 &