一. 什么是Lambda @c{=:kg5
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 p%CAicn
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, Y'-BKZv!
^:K"Tv.=
Z mF}pa,gd
O,ZvV3
class filler %-|Po:6
{ OC9_EP\"
public : !SIGzj
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} |]~tX zY
} ; A"k6n\!n;
Aj.TX%}`h
nbMnqkNb
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: VcT(n7
{j[[E/8N!y
k/O|ia6
=Z iyT$p
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ; )O)\__"-
B=#rp*vwL
l/`<iG%
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 h{S';/=8
QfB \h[A
9u lJZ\cQ
>fI<g8N D
二. 战前分析 *I`, L/
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 @D-l_[
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 H=z@!rJc.
*'vX:n&t
7am ._K
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); H^p?t=Y
/* --------------------------------------------- */ F'W{\4
vector < int *> vp( 10 ); QP)-O*+AA
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ',`iQt!Lx
/* --------------------------------------------- */ (1fE^KF@f
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); G5E03xvL
/* --------------------------------------------- */ JJ q= {;
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); /sH3Rk.>
/* --------------------------------------------- */ &@c=$+#C
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ~N;.hU%l
/* --------------------------------------------- */ TS)p2#
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ]x?9lQ1&
|]HU$GtS
|:`f#H
*nluK
看了之后,我们可以思考一些问题: x
SF#ys4v
1._1, _2是什么? oA}&o_Q%
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ]|( (&Y
rl
2._1 = 1是在做什么? ouK&H|'
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 bT*MJ7VVm
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 MFaK=1
]<A|GY0q1
Z,qo
jtw
三. 动工 zht^gOs
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: U2=5Nt5
wt[MzpR P
|[}YM%e
g}@_
@
template < typename T > "wmQ,=
class assignment 41mg:xW(J
{ nZ hL
T value; GptJQ=pV
public : [#kfl
assignment( const T & v) : value(v) {} "2)<'4q5)
template < typename T2 > ]y@9z b
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } L{ ?& .iA
} ; z9U<Z^4z+
C[gCwDwl
-RVwPY
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 "2}04b|"
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ;FQAL@"Yj
`+1+0?9
9
bYoWw
[Pi8gj*
class holder W`^'hka
{ ?ah-x""Y
public : 4~hd{8
template < typename T > D)8&v`LS
assignment < T > operator = ( const T & t) const a9mLPP
{ 1mgLH
return assignment < T > (t); v$s3f|Y
} k'&BAC.K,
} ; rXuhd [!(P
vr/V_
)\l}i%L:
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: $SRpFz5y$
Yvs)H'n=
static holder _1; *oL?R2#7
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 R5NDT4QYU
ZOK2BCoW
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); f{FW7T}O2
而不用手动写一个函数对象。 RlyF#X#7{
ZwB<
{?
D3$PvX[f
@D^y<7(
四. 问题分析 @bOhnd#W
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 EA|*|o4)
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 %RG kXOgp
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 iUFS1SN \
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 LoSblV
下面我们可以对这几个问题进行分析。 zJ93EtlF
fQ=Yf ?b
五. 问题1:一致性 E#v}//
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| b%L8mX
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 TDs=VTd@Z
<w`
R;
struct holder _(5SiK R
{ oS0l Tf\
// aB0L]i
template < typename T > _d76jmujJ
T & operator ()( const T & r) const 6!bVPIyYO
{ Q4Zuz)r*
return (T & )r; @AaM]?=P{
} d
}=fJ
} ; *%7 [{Loz
tisSj ?+
这样的话assignment也必须相应改动: No>XRG+
M' e<\wqm
template < typename Left, typename Right > >N62t9Ll[
class assignment ST5L
O#5
{ Q&@Ls?pu
Left l; 5,})x]'x
Right r; Fm_^7|
public : u\ro9l
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} +w[vYKSZm
template < typename T2 > 7"@^JxYN
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ^[,Q2MHCT(
} ; d&4ve Lu
M(KsLu1
同时,holder的operator=也需要改动: fz\C$[+u
=,$*-<p=3
template < typename T > R8I%Cyc
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const f_Ma~'3
{ dKTyh:_{
return assignment < holder, T > ( * this , t); V
zuW]"
} :m]~o3KRy
<k!M+}a 9V
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 #<s6L"Z-
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 2-728
W@`2+}
return l(rhs) = r; {^=T&aCYdS
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 "s]r"(MX
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ug{@rt/"Z
5.5<.")
template < typename Tp > 0^$L{V
class constant_t c.dk4v%Y5
{ :7UC=GKQk
const Tp t; WvR-0>E
public : \(2w/~
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} (hNTr(z
template < typename T > `qnp
const Tp & operator ()( const T & r) const G
d~
v _
{
%c"PMTq(
return t; 7rQwn2XD{
} Swz{5 J2C
} ; 0b6jGa
G2qv)7{l2
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 39to5s,
下面就可以修改holder的operator=了 94VtGg=b}
waI?X2
template < typename T > k#F |
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const s|F}Abx,^
{ })W9=xO~
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); <|Srbs+
} 7]W6\Z
(rqc_ZU5
同时也要修改assignment的operator() %]7'2
`ppyCUX
template < typename T2 > @W}cM
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Q2yD4>qy
现在代码看起来就很一致了。 eyW8?:
&H8wYs
六. 问题2:链式操作 B-^r0/y;
现在让我们来看看如何处理链式操作。 kvcDa+#
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。 Em)U`"j/9
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。 "| Oj!&0
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。 pHQrjEF*
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct +7\$wc_1I@
\ vn!SO7
template < typename T > \]C_ul'
struct result_1 aItQ(+y
{ #1*#3p9UL
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; [wU e"{
} ; R!i\-C1 S
V=^B7a.;>
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: U\*]cw
VyX5MVh
template < typename T > 6$CwH!42F
struct ref Jq>rA
{ DW(
/[jo\
typedef T & reference; F+o4f3N
} ; %,T=|5
template < typename T > &1/OwTI4J
struct ref < T &> WC0z'N({W
{ Kb X&E0
typedef T & reference; -t]3 gCLb
} ; m`i_O0T
88Nx/:#Y*
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: '8J!(+
YRg"{[+#]k
template < typename T > <OY (y#x
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const yFoPCA86y
{ $%BI8_
return l(t) = r(t); <W]
RyEg`
} o|:c{pwq
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 n%|og^\0
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Pi+pQFz5
%k%%3L,
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 umT *
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: WwsH7X)
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 >|X )
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Q":,oZ2
最后的布局是: D:] QBA)C
Add wE[gp+X~
/ \ d|#&j."
Divide 5 Sq&r
;
/ \ ?f}?I`S,
_1 3 J':X$>E|
似乎一切都解决了?不。 r[?GO"ej5
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。 $RH.
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 R
+
~b@
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: = N&5]Z
fj|b;8_}l
template < typename Right > uMx6:
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const !"2S'oQKS
Right & rt) const OZc4 -5
{ }y%c.
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); J>l?HK
} apOXcZ
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 xKR\w!+Z'
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 *b'4>U
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 dI%?uk
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 6k_Uq.<X
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 i0:1+^3^U
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? p}oGhO&=
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: /4*Y#IpZ
2FR+Z3&z
template < class Action > !4-4i
class picker : public Action X+1Mv
{ d-3.7nJ:
public : 80zpRU"
picker( const Action & act) : Action(act) {} #x qiGK
// all the operator overloaded V&*|%,q
} ; iYZn`OAx
vPz$+&{I
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。 y\omJx=,
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: ,,SV@y;
h ;@c%Vm
template < typename Right > qnCjNN
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const WBD?|Ss
{ He,,bq
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); e)= "Fq!
} ZNVrja*
qJ sH
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > -Bl]RpHCe
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。 lA%FS]vh
X n8&&w"
template < typename T > struct picker_maker jDb"|l
{ |kH.o=
typedef picker < constant_t < T > > result; 0kSM$D_
} ; QM![tZt%;
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > o\F>K'
{ a:8 MoH 4
typedef picker < T > result; Bn9#F#F<
} ; m]vS"AdX
X% )~i[_DV
下面总的结构就有了: hq&|
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。 @DIEENiM
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。 #dKy{Q3he
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 RIQ-mpg~(k
至此链式操作完美实现。 eF]8Ar1
R#T
6]
s`ZP2"`f
七. 问题3 $*VZa3B\
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 MVnN0K4
>23$_'2
template < typename T1, typename T2 > *|<T@BXn
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const r<'DS9m
{ #}Yrxf
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); -#v1/L/=
} {G0=A~
c<, LE@V
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: %&_^I*
-%5#0Ogh
M
template < typename T1, typename T2 > re_nb)4g
struct result_2 .uVd'
{ + %v1X&_\
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; jQxhR
} ; O/|))H?C
Um}AV
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? 7O'.KoMw
这个差事就留给了holder自己。 Q-<Qm ?
Ml$<x"Q
5D.Sg;\
template < int Order > j g//I<D
class holder; e
pp04~
template <> lP*n%Pn)
class holder < 1 > m";..V
{ 9Vqy<7i1
public : N2k<W?wQ
template < typename T > .dMdb7
struct result_1 6_<~]W&
{ ;@T0wd_i|
typedef T & result; DI8<0.L
} ; `3i<jZMG
template < typename T1, typename T2 > e@qH!.g)
struct result_2 -$?t+ "/E
{ `vMhrn
typedef T1 & result; p J_+n:_{
} ; ~uH_y-
template < typename T > 04jvrde8-O
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 70GBf"
{ 'AX5V-t
return (T & )r; l 9
wO x
} yhYF "~CM
template < typename T1, typename T2 > ,[IDC3.4^R
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const Yb-{+H8{J
{ zPND$3&'
return (T1 & )r1; [nZIV
} b~}$Ch3ymW
} ; |4g0@}nr+W
/W)A[jR
template <> =qc+sMo
class holder < 2 > hrtz>qN
{ !ig&8:
public : GLyPgZ`|
template < typename T > :^WF%X
struct result_1 G~o!u8^;
{ 71\53Qr#U
typedef T & result; 3ZI7;Gw
} ; &}[P{53sr
template < typename T1, typename T2 > C6[W/,eS
struct result_2 t+}wTis
{ &:g:7l]g
typedef T2 & result; (z>t 4(%\
} ; V0v,s^\H
template < typename T > C= V2Y_j
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 7M~sol[*
{ 5gtf`ebs/
return (T & )r; RzjUrt
} gT_KOO0n
template < typename T1, typename T2 > \$ipnQv
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const t$z[ja=
{ ^\AeX-q2v'
return (T2 & )r2; u30D`sky
} K\rQb
} ; ?' .AeoE-
m<hP"j
KF00=HE|]
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 s91[@rh/
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: !*}UP|8
首先 assignment::operator(int, int)被调用: /3,Lp-kp
>PSO]%mE
return l(i, j) = r(i, j); q:/df]Ntt
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) 4lB??`UN
/W$i8g
return ( int & )i; 8{!d'Pks
return ( int & )j; 3{$7tck,
最后执行i = j; N
o6!gZ1
可见,参数被正确的选择了。 d]]z )
o]4\Geg$
IgG[Pr'D
B6Kl_~gT
7bzm5w@v
八. 中期总结 lb.Q^TghU
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: 6sSwSS
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 <'~m1l#2
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 [&