一. 什么是Lambda .!Q*VTW
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 `"h[Xb#A`b
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, [
~:wS@%
mRT$@xa]J
> JP}OS
'n/L1Fn
class filler 5ggsOqH
{ Pq3m(+gf
public : ZVni'ym
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 0P l>k'9
} ; )QAS 7w#k
4_W*LG~2s
$SfYO!n7Q
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: e N^6gub
VI k]`)#
;D|g5$OE&
w)Z-, J
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Ci$?Hm9 n
jL,P )TC
8iUYZF
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ukc<yc].+?
}9~U5UXWU
i;fU],aK!
M,dp;
二. 战前分析 :0'vz M
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 (w1$m8`=
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 B\\M%!a>
n+D93d9LP
1T0s
UIY
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 9w.ZXd
/* --------------------------------------------- */ "R^0eNv$
vector < int *> vp( 10 ); V6kJoSyde
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ]N{jF$
/* --------------------------------------------- */ UId?a}J
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ->)0jZax
/* --------------------------------------------- */ pcNpr`
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 5
51p*
B2
/* --------------------------------------------- */ 'J8Ga<s7C
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); hxkwT
/* --------------------------------------------- */ h~5gHx/a
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); md;jj^8zj
A`nzqe#(1
]ASTw(4
Q.g44>
看了之后,我们可以思考一些问题: e]@
B61lc
1._1, _2是什么? ~F[JupU
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。 +[7 DRT:
2._1 = 1是在做什么? 51 "v`O+
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。 IHwoG(A~<
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。 z =C<@ki`
{w mP
FW:V<{f
三. 动工 h@ @q:I=
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: AZva
juB /?'$~
FL[w\&fp
Dop,_94G
template < typename T > glZjo
class assignment 8TCbEPS@Q
{ |?\2F
T value; '5\?l:z
public : ;CDa*(e
assignment( const T & v) : value(v) {} En ]"^*
template < typename T2 > vz^=o'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } %Mf3OtPiJW
} ; nG7E j#1
]uXmug
Rts.jm>[
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 }b+$S'`Bv
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ]u47]L#
e#^vA$d
TRFza}4:i
X4/3vY
class holder S7B?[SPrN[
{ +<'>~lDg
public : LRPdA "Z
template < typename T > v,c;dlg_
assignment < T > operator = ( const T & t) const h%&2M58:
{ t8uaNvUM}e
return assignment < T > (t); 4YA1~7R
} %Vhj<gN
} ; /U=?D(>x
xpWY4Q
BP=<TRp.
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: t]+h.
sM@1Qyv&0
static holder _1; 41c4Xj?'
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 7o9[cq w
HJ!P]X_J1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1WAps#b.
而不用手动写一个函数对象。 8>'vzc/*>
k#x"'yZ
+m1*ou'K
n8o(>?Kw
四. 问题分析 4#ZZwa]y
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 B1o*phM
g
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 V BjA$.
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 oA4<AJ2
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 5
&s<&h
下面我们可以对这几个问题进行分析。 5)i+x-
Ha~}NO
五. 问题1:一致性 ,j%feC3
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?| nQd~i0`vB
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 x*wr8$@J
6o~CX
struct holder _aw49ag;
{ -qpe;=g&f
// ,Ofou8C6
template < typename T > j~O"=?7!O
T & operator ()( const T & r) const `FAZAC\
{ =/bC0bb{i
return (T & )r; URMxCL^"
} Q;=3vUN
} ; RIq\IQ_|
J:0`*7
这样的话assignment也必须相应改动: Zi.w+V
h`:B8+k
template < typename Left, typename Right > \+)AQ!E
class assignment 1Wz5Iv#Ez
{ ZvSEa{
Left l; |?ma?
Right r; }PzHtA,V
public : i"#zb&~nF
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} xDIl
template < typename T2 > e4-7&8N+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 8s>OO&
} ; V0y_c^x
qnnP*15`
同时,holder的operator=也需要改动: 5/i]Jni
wZ/b;%I!
template < typename T > Env_??xq
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const iH)-8Q
{ &\<?7Qj3U|
return assignment < holder, T > ( * this , t); z`Xc] cPi
} wg|/-q-
xcQ:&q
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 Q&e*[l2M6
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 :6W* ;<o
@vvGhJ1m`
return l(rhs) = r; ;b^"b{
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 :tX,`G
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: G/&Wc2k
=7-@&S=?s
template < typename Tp > -{eI6#z|\A
class constant_t cB}6{c$_sW
{ 7DIFJJE'
const Tp t; !p(N
DQm
public : S3?U-R^`
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} {Zf 9}
!qF
template < typename T > SaA-Krn
const Tp & operator ()( const T & r) const 2E0$R%\
{ "SU
O2-Gj
return t; Z1oUAzpj4
} L*1yK*
} ; >:f&@vwm
>e QFY^d5
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 fk(h*L|sI
下面就可以修改holder的operator=了 <xr\1VjA
WS1#i\0
template < typename T > zN,2
(v"
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 3Hkb)Wu
{ ;g_<i_*x#
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); }Bn`0;]
} ] F2{:RW
6_O3/
同时也要修改assignment的operator() fi';Mb3B3
JI|MR#_u
template < typename T2 > M]A!jWtE
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } MLt'tzgl
现在代码看起来就很一致了。 GA2kg7
S3> <zGYk
六. 问题2:链式操作 %lS jC%Z'd
现在让我们来看看如何处理链式操作。 *[b22a4H(
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。 b1-'q^M
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。 Ae>:i7.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。 p]J0A ^VV
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct /%i: (Ny
f"0?_cG{%
template < typename T > yo_;j@BGR
struct result_1 Ys@G0}\3G
{ -)p| i~j^A
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; $Ce;}sM
} ; 4'`y5E
BHJS.o*j~
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ZA'Qw2fF0
)G@/E^ySM
template < typename T > qt4^e7o
struct ref zOA2chy4
{ R]"3^k*
typedef T & reference; e~NF}9#A
} ; TtP2>eh-
template < typename T > +<w\K*
struct ref < T &> btWvoKO*
{ p+; La
typedef T & reference; >PONu]^
} ; <F-W fR
Wtqv
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: V25u_R`{
l[M?"<Ot;
template < typename T > 41NVF_R6J
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const "D?:8!\!
{ n0tVAH'>
return l(t) = r(t); 6;#Rd|
} x$=""?dd
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。 *1CZRfWI
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ?`U=Ps
KIYs[0*k
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 7V-'><)gI
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Bf{c4YiF
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 j|2s./!Qg
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 p@jwHlX
最后的布局是: m$}Jw<