一. 什么是Lambda {CGk9g"`
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 KocNJ
TB
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, smuQ1.b
b yJ[1UK
,h.hgyt
IVG77+O# }
class filler vH]2t.\
{ [uu<aRAg3O
public : zB+zw\ncN
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} @G=_nZxv
} ; 49 1 1
E1|:t$>Ld
>):>Pz%U
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: "^Vfo$q
DcZ,a E]
UFr5'T
3n1 >+8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); }/F9(m
]#J-itO
|f+fG=a67V
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 nkz^^q`5l7
S!7|vb*ko
\2)~dV:6+
`w%Qs)2
二. 战前分析 FdMTc(>
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。 WD#7Q&T(;
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 *g 2N&U
{7 nz:f
Qx77%L4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); vi0nJ -Xg
/* --------------------------------------------- */ N`5
mPE
vector < int *> vp( 10 ); _(:bGI'.m
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); x]|-2t
/* --------------------------------------------- */ Ba;tEF{X
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 2r#W#z%vS
/* --------------------------------------------- */ <VmEXJIk
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); `qj24ehc
/* --------------------------------------------- */ c]/&xRd
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); +v|]RgyW)
/* --------------------------------------------- */ ,a}
vx"~
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); f15n ~d
rNX]tp{j
e>$E67h<~
FeuqqZ\=&
看了之后,我们可以思考一些问题: . AX6xc6
1._1, _2是什么? F2mW<REg{
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。 6Y}Bza
2._1 = 1是在做什么? etH]-S
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。 |&rxDf}W
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。 >/DlxYG?
ykG^(.E
YRJw,xl
三. 动工 x=VLRh%Gvl
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: -Deqlaf(
7cZ(g dQ/
9K_p4
mq
~_"/\;1
template < typename T > mO^vKq4r.
class assignment ~Z
x_"
{ _9"%;:t
T value;
$oH?7sj
public : +:m'
assignment( const T & v) : value(v) {} ?h'd\.j{
template < typename T2 > FFID<Lf/2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ?-9It|R
} ; _w49@9?
b)@b63P_
W=
$, \D+
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 r7n-Xe
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment u6~/"
_FwY
^EmI;ks
]"4\]_?r
>^
M=/+<c
class holder y4N=v{EbL
{ <>^otb,e$
public :
+`Ypc
template < typename T > ?DKwKt
assignment < T > operator = ( const T & t) const ?ZT+4U00U
{ WY" `wM
return assignment < T > (t); H6]z9 8
} wdTjJfr
} ; by0M(h
$${9 %qPzb
=9#cf-?
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: R(N5K4J
t5jZ8&M5]
static holder _1; fkK42*U@r
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 \Dr?}D
P+[\9Gg
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); K,L
而不用手动写一个函数对象。 tJ!s/|u(
NU$?BiB?R
7.`:Z_
a 9f%p
四. 问题分析 ;]xJC
j
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 l<=Y.P_2
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 pcjb;&<
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 5t~p99#?
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 [DO UIR9
下面我们可以对这几个问题进行分析。 E]j2%}6Z%
nRlvW{p;
五. 问题1:一致性 zeG_H}[2&
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| =dTsGNz
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Q7@.WG5
0NMekVi
struct holder U<H<
!NV
{ yCT:U&8%F
// 6`Af2Y_
template < typename T > [<p7'n3x
T & operator ()( const T & r) const DKxzk~sOM
{ ffqz
:6
return (T & )r; l2LUcI$ x
} \5s#9
} ; KZ;Q7 1
|T@\-8Ok
这样的话assignment也必须相应改动: P(#by{s
7Ta",S@m
template < typename Left, typename Right > 8rx"D`{|
class assignment WbW@V_rr
{ bhWH
Left l; WYklS<B[
Right r; ]5}C@W@_
public : 46cd5SLK
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} _mJnhT3
template < typename T2 > DHlCus=ic
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } i-`n5,
} ; R<jt$--H
}+4^ZbX+:
同时,holder的operator=也需要改动: <Fa]k'<^)
io{uN/!X_J
template < typename T > Vx6/Rehj
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const B5Y
3GWhrx
{ {2Jn#&Z29
return assignment < holder, T > ( * this , t); D-<9kBZs
} ( d2|r)O
RiX~YLeM
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 u79,+H@ep
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ZfYva(zP{Q
^ A`@g4!
return l(rhs) = r; *6trK`tx^
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 /X_g[*]?
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: `pzXh0}|
rL/e
template < typename Tp > 8I`t`C/4
class constant_t |3A/Og
{ a*Oc:$
const Tp t; r)G^V&96
public : TsB"<6@!AA
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} "/&_B
template < typename T > |*+f N8
const Tp & operator ()( const T & r) const 2HemPth
{ 8- U1Y
return t; Qwm#6{5
} ;/Z9M"!u[
} ; `Y~EL?
mu?6Phj
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Gz9w1[t
下面就可以修改holder的operator=了 `N69xAiy
A1A/OU<Vb
template < typename T > %ur_DQ
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Z`=[hu
{ ,r-l^I3<
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); lj4D:>Ov
} H8g1S MT
1j7sJ" *
同时也要修改assignment的operator() ?/@~d
K5fL{2V?
template < typename T2 > IP 9{vk
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } .%(Q*ioDh
现在代码看起来就很一致了。 cCoa3U/
]H4T80wm&
六. 问题2:链式操作 61W
ms@D%
现在让我们来看看如何处理链式操作。 < c}cgD4
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。 EN =oA P
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。 0=2D90
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。 ;%_fQNFb
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ,(6U3W*bu
l<]@5"wN
template < typename T > 9,4Lb]
struct result_1 LXIQpD,M
{ cnUYhxE+s
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 8$H_:*A?
} ; d3$&I==;:
YB^[HE\#y
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: ptrQ~m-
5jTBPct
template < typename T > Aqwjs
3
struct ref ]+SVQ|v0
{
B~o;,}
typedef T & reference; e*7nq~ B5
} ; wIv_Z^%V
template < typename T > Tq r]5
struct ref < T &> )Bl0
W
{ b0A*zQA_)
typedef T & reference; UKBVCAK
} ; OKo39 A\fu
G/2| *H
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: i,{'}B
_\9|acFT2O
template < typename T > q\P"AlpC!
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const LG0z|x(
{ [84f[`!Ui
return l(t) = r(t); H WOl79-
} PfaBzi9?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。 J;K-Pv+
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。
Fo=hL
|6%B2I&c
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 'Y
ZYRFWXM
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: FY^[?lj
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 dU7+rc2,CU
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 (QPfrR=J4
最后的布局是: TsPx"+>7`
Add y&HfF~
/ \ fgs){Ng`
Divide 5 .#M'
/ \ #bqc}h9
_1 3 rNgFsFQ>.
似乎一切都解决了?不。 G d".zsn
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。
1^*M*>&d<
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。 z%Xz*uu(|
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: VOkEDH
=@ '>|-w|
template < typename Right > X*'tJN$
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const `uO(#au,U
Right & rt) const IA\CBwiLj
{ O>Vb7`z0<
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); \"]vSx>
} ^^u{W|'CaH
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 hPs7mnSW
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。 eY)JuJ?
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。 g:l5,j.K
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。 woctnT%"Q/
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。 nN=o/z d
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? -R^OYgF
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: u~|D;e
?R
4sH
template < class Action > =*VKp{5=
class picker : public Action p[Pa(a,B7
{ N3D{t\hg
public : )jM'
x&Vg
picker( const Action & act) : Action(act) {} X=i^[?C
// all the operator overloaded e/pZLj]M
} ; tevB2'3^
PdUlwT?8C
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。 (v11;k dJB
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: OJ (ho&((
Ow0-}Im~
template < typename Right > p;[">["
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const xWw Qm'I2}
{ 7oj
^(R,
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); G:W4<w
} u&q RK>wLa
%h)6o99{wF
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > <oweLRt
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。 C
#A sA
$\S;f"IM.
template < typename T > struct picker_maker ~uF%*
{ Htg,^d 5
typedef picker < constant_t < T > > result; C+,JLK
} ; =J2\"6BnzA
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > :ET05MFs\#
{ }:5_vH0
typedef picker < T > result; Pc+8CuN?
} ; :[;]6;
1o&]=(
下面总的结构就有了: &+@~;p5F
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。 f`zH#{u
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。
Q.3oDq
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 MIblx
至此链式操作完美实现。 ^6tcB* #A
CdxEY
4eZ
七. 问题3 &