一. 什么是Lambda 8U_{|]M
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 t45Z@hmcW
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, {AQ=<RDRF
33}oO,}t,
U,LTVYrO
%Rsp;1Z
class filler Sf8{h|71
{ `jOX6_z?I
public : P~ &$l2
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} rXHv`ky
} ; [<KM?\"1<
yDGVrc'
GAAm0;
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: mml
z&h
x,'!eCKN
5scEc,JCi
AoyX\iqQ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); *oybD=%4
Qa.uMq
&y#r;L<9
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 VJS8)oI~
+$Rt+S BD
)(@Hd
9VbOQ {8
二. 战前分析 /Ju;MeE9
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。 zL J/5&
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 1m .W<
nqf,4MR
Ox@P6|m
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ^I+)o1%F
/* --------------------------------------------- */ *2GEnAZb7n
vector < int *> vp( 10 ); J4\ qEO
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); {*ob_oc
/* --------------------------------------------- */ znHnVYll(
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Y5j]Z^^v
/* --------------------------------------------- */ xL" |)A =
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); s8h-,@p
/* --------------------------------------------- */ )K2HK&t:
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); &
j+oJasI
/* --------------------------------------------- */ M8TSt\
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); -neKuj
uAWM\?
7>~5jYP
{,L+1h
看了之后,我们可以思考一些问题: jkvgoxY
1._1, _2是什么? tzh1s
i
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。 nb>7UN.9
2._1 = 1是在做什么? ivz{L-
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。 -(b kr+N
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。 fS`$'BQ
gatB QwJb9
cA:*V|YV`
三. 动工 NG6& :4!
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: .AU)*7Gh
',S'.U
[#sz WNfU
L~KM=[cn
template < typename T > d0,s"K7@
class assignment ~JH:EB:
{ Xp}Yw"7
T value; )=etG
public : 6w@ Ii;
assignment( const T & v) : value(v) {} /QJ?bD#a
template < typename T2 > ~B(6+~%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } &kpwo )
} ; STaA]i}P
jNC4_q&
y? co|
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 0xXC^jx:
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ;I!MLI
%p0xM
h?azFA~
C;vtY[}<
class holder xoR;=ph
{ bv*,#Qm
public : aVd,xl
template < typename T > =i7`ek
assignment < T > operator = ( const T & t) const ziCHjqT
{ W}]%X4<#rN
return assignment < T > (t); NSDv;|f
} =7o"u3hG
} ; ?%y?rk <
)
v,:N.@Q
o+$7'+y1n-
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: !U~WK$BP
$
<#KA3o\
static holder _1; 8M`#pN^
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 &HY+n)
o
QhK#Y{xY
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); SE~[bT
而不用手动写一个函数对象。 ..R-Ms)k=
[bk?!0]aV
X.e7A/ClEo
5>\/[I/!
四. 问题分析 BV[ 5}
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。 w&KK3*=""
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。 n .RhxgC<
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 mFZ?hOyP.
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ]V#M%0:Q82
下面我们可以对这几个问题进行分析。 {b
~Wa6J4B{K
五. 问题1:一致性 =Fr(9(
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?| )6J9J+%bi
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ])!o5`ltZ
a0ObBe'
struct holder Aj4T"^fv
{ UTH_^HAN#G
// ?n
ZY)
template < typename T > d|yAs5@
T & operator ()( const T & r) const jE/AA!DC#
{ }-sdov<<
return (T & )r; jYhB
+|
} jWE:ek*
} ; "UJ
S5[7$
& J2M1z%
这样的话assignment也必须相应改动: f|tjsZxQ
9BuSN*4
template < typename Left, typename Right > /Dj=iBO
class assignment *9{Z$IA9w
{ 7F{3*`/6
Left l; 9c6gkt9eB
Right r;
#c66)
public : |YY_^C`"-
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ]f({`&K5
template < typename T2 > UaB @
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 0ok-IHE<
} ; 3^6
d]f
ikSt"}/hd
同时,holder的operator=也需要改动: -xA2pYz"
PJL=$gBgKk
template < typename T > Rw:*'1
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Gnq?"</
{ A"rfZ`
return assignment < holder, T > ( * this , t); LpqO{#ZG
}
ftF@Wq1f
E}nH1
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。 ^*Yh@4\{JH
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 7w6cwHrL@
Evjj"h&0J
return l(rhs) = r; Ls] g
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。 R'@9]99
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: #odI EC/
n4#;k=mA
template < typename Tp > n$ou- Q
class constant_t 57&b:0`p
{ S-|)QGxV6
const Tp t; VeQg-#&I
public : vz7J-CH
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} j4R(B
template < typename T > 5X:*/FuS@
const Tp & operator ()( const T & r) const ry` z(f
{ 8;+B*+%@n
return t; 'GS"8w~j
} @dPTk"P
} ; y3o25}"
%*0^0wz
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 8Y7Q+p|O
下面就可以修改holder的operator=了 /q`xCS
0p}D(m2B
template < typename T > 70Wgg ty
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ?1K#dC52#
{ =t H:,SH
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); PC-"gi=h
} I
,z3xU
`yH<E+
同时也要修改assignment的operator() ne_TIwf w-
t~#zMUfac
template < typename T2 > yU-e3O7L
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } sWc*5Rt
现在代码看起来就很一致了。 \Yc'~2n
"Pu!dJ5[]
六. 问题2:链式操作 f>UXD
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Xy$3VU*
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。 +>{Y.`a;Jo
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。 pw)||Q
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;ci9vk
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct vPTM
$4 S@
template < typename T > [nrYpb4
struct result_1 dE4L=sTEsy
{ sE Q=dcK
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 3 +G$-ru
} ; bj>v|#r^
=pS5uR~
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: fj;y}t1E]
)W;o<:x3
template < typename T > 4;0lvDD
struct ref 5n9B?T8C
{ ?7.7`1m!v
typedef T & reference; Vt".%d/`7
} ; 2[O&NdP\Zk
template < typename T > /2=#t-p+
struct ref < T &> GycSwQ
,
{ 3@M|m<_R$
typedef T & reference; { +
Zd*)M[
} ; Pa
V@aM~3
'+?"iVVo
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ZK@N5/H(
0"\H^
template < typename T > @M_oH:GV
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 4GY[7^
{ Rld!,t
return l(t) = r(t); 1+jAz`nA:T
} qQ?"@>PALD
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。 -y8`yHb_
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 5ft`zf
117EZg]O
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 m
g4nrr\
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: uao0_swW5
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 S~;4*7+?:
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 1^7hf;|#g
最后的布局是: w&o&jAb-M
Add $Bs {u=+w
/ \ ~M7y*'oY
Divide 5 =F]FP5V
/ \ S||}nJ0
_1 3 -- %N8L;e
似乎一切都解决了?不。 kt["m.
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。 M42Ssn)
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。 U |Jo{(Y
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: @Z\,q's
][9%Kl*%@p
template < typename Right > DRp~jW(\y
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 1DE<rKI
Right & rt) const clL2k8VS
{ qB0E_y)a
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); O4cr*MCb5
} !'&n-Q
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 jv%kOovj
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。 *E/`KUG]
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。 {=!b/l;@
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。 T`\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。 t>urc
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? :U3kW8;UMP
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: ]
2eK
|"/8XA
template < class Action > c#Sa]n
class picker : public Action Lvq>v0|
{ )4gJd?
8R
public : 6@{(;~r
picker( const Action & act) : Action(act) {} VEqS;~[
// all the operator overloaded }L+L"l&
} ; %,6#2X nX%
Sa?ksD2IaB
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。 TDFkxB>
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: #LL?IRH9^
v9w'!C)b
template < typename Right > i|w81p^o
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const h_:C+)13`x
{ vq^f}id
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); }z _
} kI
4MiK
{*0<T|<n
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ![YX]+jqNp
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。 @eD):Y
C&*oI =6
template < typename T > struct picker_maker VY;{/.Sa
{ pQ=>.JU
typedef picker < constant_t < T > > result; Y;@>b{s
} ; 1zm ulj%&
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Pe3@d|-,MU
{ EQb7-vhg
typedef picker < T > result; 3DiLk=\~
} ; \W1,F6&j
e vrXo"3
下面总的结构就有了: [SHXJ4P*
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。 i'H/ZwU
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。 n>+mL"hs
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 )uj Ex7&c
至此链式操作完美实现。 OGde00
<>s`\ %
>}`:Ac
七. 问题3 q3.j"WaP
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。 }!"A! ~&
P&9Gga^I
template < typename T1, typename T2 > v 1z
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const - }7e:!.
{ QDs^Ije
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Z:,U]Z(
} 01r 8$+
I/d&G#:~
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: Ir`eL
/<@SFF.
template < typename T1, typename T2 > ,&jhlZ i
struct result_2 a`&f
{ 96 q_K84K
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; WN{ 9
} ; "= 6_V?&w
4]G?G]lS>
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? @wpN6 /
这个差事就留给了holder自己。 YQ+tDZY8`
iVp,e
K/tRe/t}
template < int Order > 6-yd]("
class holder; OMWbZ>jB
template <> vwjPmOjhS
class holder < 1 > 9N9L}k b
{ u
[m
public : ,uo'c_f(e
template < typename T > U=DmsnD,
struct result_1 A )^`?m3
{ [5zx17'
typedef T & result; Izhee%c
} ; _,xc[ 07
template < typename T1, typename T2 > g!$!F>[
struct result_2 KM}f:_J*lg
{ ]+|~cRQ9I
typedef T1 & result; S4^vpY
DeN
} ; |uqf:V`z:
template < typename T > #w,Dwy
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const $FlW1E j
{ 'oF%,4 !Y
return (T & )r; vy0X_DPCr
} p<TpK )
template < typename T1, typename T2 > ?]Pmxp
H}
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const |B'9\OkP[=
{ qUjmB sB
return (T1 & )r1; bSfpbo4(
} /tP|b_7O
} ; ofPHmh`
UUzYbuS>&l
template <> =NnNN'}
class holder < 2 > m@"QDMHk.
{ v@Gl|29_
public : "}q@Y=
template < typename T > OK{quM5
struct result_1 tSVc|j
{ h\5OrD@L
typedef T & result; k5D%y3|9
} ; (@%gS[]
template < typename T1, typename T2 > V.O(S\
struct result_2 AvdXEY(-
{ 7![,Q~Fy
typedef T2 & result; M,/mE~
} ; o*DN4oa)
template < typename T > \@8+U;d
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const z.GMqW%B
{ #0ETY\}ZD
return (T & )r; ^aH\7J@Y
} R%Q@
template < typename T1, typename T2 > bn^{c
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const PV9pa/`@
{ `S6x<J&T\/
return (T2 & )r2; Sx?ua<`:d
} JHz
[ 7
} ; r30 <