一. 什么是Lambda A[^fG_l4
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 *GD?d2.6j
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, 8eQ 4[wJY
<w<&,xM
p"3_u;cN
~^
Q`dJL
class filler bfhap(F~(e
{ ~:v" TuuK
public : WF`y j%0
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} bZz ,'
} ; Qn6'E
&E0P`F,GQA
yKgA"NaM
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: 9F@ Q
Jwgd9a5
ZxLgV$U
{L4ta~2/T
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ]gx]7
C/U^8,6\n
M |6l
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 B^Fe.t y
4:WN-[xX
5Ay\s:hb[u
=*_T;;E
二. 战前分析 *;5P65:u$>
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。 V]&0"HX2r!
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 <XDYnWz
K`Vi5hR~c
x(ue
|UG
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ef *Vs
/* --------------------------------------------- */ vu Vcv
vector < int *> vp( 10 ); Z]jm.'@z@
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); U8m/L^zh
/* --------------------------------------------- */ ^Q0%_V,
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); L/t'|<m
/* --------------------------------------------- */ $t}t'uJ
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); __O@w.
/* --------------------------------------------- */ 86y)+h`
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); eEl}.W}
/* --------------------------------------------- */ $qO%lJ:
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); D;*P'%_Z
L"e8S%UqX
Po_y78ZD
bVO{,P2o
看了之后,我们可以思考一些问题:
qp;eBa
1._1, _2是什么? G
|033(j
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 js^+ {~
2._1 = 1是在做什么? DPqk~ KCM
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 RzgA;ZC'
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 W:VRLT>w>
2<q.LQ}<
@ A?Ss8p'
三. 动工 '~{bq'7`m
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: M ^S <G
:rR)rj'
dX^ ^
@7
(]ToBju
template < typename T > \2]M&n GT
class assignment qD!qSM
{ F/.nr
T value; s
aY;[bz}
public : {^(h*zxn
assignment( const T & v) : value(v) {} t`%Xxxu
template < typename T2 > 3}hJ`xQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } oA+/F]XJ
} ; !79eF)
-9)H[}.
;D'6sd"
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 >x'R7z23
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment l|{q8i#4V
Z8 eB5!$
IPHZ~'M
(+aU ,EQ
class holder P]cC2L@Vbi
{ bSJ@
5qS
public : v_G1YC7TU
template < typename T > 1xBgb/+
assignment < T > operator = ( const T & t) const GoSdo
{ 7H=V|Btnc
return assignment < T > (t); 9:9gam
} 3:wN^!A}ve
} ; :}0>IPW-V
3mP251"dIW
XSOSy2:
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: ,9~=yC
e2F{}N
static holder _1; v0q(k;Ya
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 6~b)Hc/
dQ#$(<v[
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); j; TXZ`|(
而不用手动写一个函数对象。 4 x|yzUx
^jYE4gHM
, ;$SRQ.
i U"2uLgb
四. 问题分析 %^KNY ;E
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。 (ay((|)
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。 >}H3V]
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 2e?a"Vss
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Yx[B*] 2
下面我们可以对这几个问题进行分析。 P!xN]or]u
BG/Q7s-?K
五. 问题1:一致性 SPu+t3
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?| eHE?#r16Z
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 XP%/*am
IoKN.#;^
struct holder _jWGwO
{ g>*P}r~;^b
//
ihp>cl?
template < typename T > /<
-+*79G
T & operator ()( const T & r) const {ovW6#
{ i+@t_pxc
return (T & )r; D;! aix3
} \%/Y(YVm
} ; &"6%D|Z0
Um%$TGw5
这样的话assignment也必须相应改动: 1c4@qQyo
X+KQ%Efo
template < typename Left, typename Right > 1| XC$0
class assignment |SX31T9rG
{ CaB@,L
Left l; S; Fj9\2)I
Right r; wX+KW0|>
public : jJqq:.XqB8
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} )0XJOm
template < typename T2 > wl5+VC*l0
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } "30R%oL]=
} ; hqc)Ydg_%
'*=kt
同时,holder的operator=也需要改动: 5H!6m_,w
E}lNb
template < typename T > }. t8Cy9G
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const v|IG
G'r
{ UFPSQ
return assignment < holder, T > ( * this , t); Z/oP?2/Afh
} vYNu=vnM
|2!cPf^8
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。 @)x8<
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 $:IEp V{
} m&La4E
return l(rhs) = r; ~y" ^t@!E
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 !SAR/sdXf
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: >Pwu>
? t_$C,A+
template < typename Tp > :9]"4ktoJ
class constant_t w,VUWja
{ 1kczlTF
const Tp t; ~]78R!HJ
public : <G60R^o
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} DAVgP7h'
template < typename T > QHPC?a6CD
const Tp & operator ()( const T & r) const wS;hC&~2
{ MVkO >s
return t; 3-4CGSX;X
} Evt&N)l!^
} ; dkAY%z two
`VXC*A
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 r0:I
下面就可以修改holder的operator=了 u(C?\HaH
#,;X2% c
template < typename T > #xNXCBl]O
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 8)V6yKGO
{ d)'J:
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); `KHP?lX
} &XZS}n
EF8'ycJk+
同时也要修改assignment的operator() f0ME$:2
VQ/Jz5^
template < typename T2 > LWIPq"
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } `kM:5f+>W
现在代码看起来就很一致了。 dPb@[k
~9JLqN"
六. 问题2:链式操作 HOb0\X
现在让我们来看看如何处理链式操作。 %y[
t+)!E
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ByivV2qd{
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 ~@ML>z7
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 'eg;)e:`b+
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct w;]~2$
]:n! \G
template < typename T > p -wEPC0
struct result_1 BkJNu_{m?
{ 0Q5fX}
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; {Ax{N
} ; ?X~U[dV?
p^X
\~Yibs
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: -J(93@X9
'Ej&zh
template < typename T > b Fwc >
struct ref 5o2|QL
{ 7yFV.#K3O
typedef T & reference; .?LP$O=
} ; Xw]L'+V=
template < typename T > 1zWEK]2.R
struct ref < T &> :GN7JxD#
{ +?y9EZB%
typedef T & reference; tY0C& u2
} ; =N<Z@'c
rF)[ Sed:T
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 'G8.)eTA'
[.LbX`K:
template < typename T > B^lm'/,@
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const [O\[,E"K
{ U9%#(T$
return l(t) = r(t); HWxwG'EEY,
} \Ss6F]K]
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。 i5CBLv
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 5/C#*%EH'
^gd[U C-"w
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 2P ic 4Z
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: jLCZ
JSK
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 :}3;z'2]l
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 @ !m+s~~]h
最后的布局是: x$;kA}gy
Add |z] --h
/ \ $i.)1.x
Divide 5 jyFXAs2
/ \ /qObXI
_1 3 qJq2Z.>hy
似乎一切都解决了?不。 .vk|aIG
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 az;o7[rI^
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 tp?<
e
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ;nZN}&m
q8[I`
V{
template < typename Right > (vb8Mk
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const =x^b
Right & rt) const VtzX I2.2
{ 4pC.mRu
0
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); >Z&Y!w'A|u
} >uVr;,=y
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 1Aw/-FxJ
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 #azD&6`
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 jw$[b=sa
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。 w//L2.
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。 1k?k{Ri
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? iES?}K/q
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: iU9> qJ]
%VmHw~xyF:
template < class Action > 0
V3`rK
class picker : public Action <