一. 什么是Lambda !w}b}+]GB
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 hFo29oN
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, g>@a
:R`e<g~4
5 JlgnxRq
mlxtey6H3
class filler k`;d_eW
{ '?jsH+j+
public : tI@aRF=p]2
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} iZLy#5(St
} ; '4Jf[
#M||t|9iu?
l$Vy\CfK3n
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: xL*J9&~iG
>$tU @mq
\HIBnkj)3n
!?>QN'p.b
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); vV xw*\`<6
74ho=
U)xebU.!S
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 }hsNsQ
nU' qE
DS;\24>H
K&n-(m%
二. 战前分析 ttdY]+Fj
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。 Y0Tad?iC
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 a4.w2GR
Do7 7V5
z#Fel/L`O
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); q 'd]
/* --------------------------------------------- */ ]ag{sU@#
vector < int *> vp( 10 ); Q5}XD
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); s1E 0atT
/* --------------------------------------------- */ tfe]=_U
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 0%Le*C'yk
/* --------------------------------------------- */ c~4Cpy^
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ZY8w1:'
/* --------------------------------------------- */ tkH]_cH'w
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); g^Hf^%3xP
/* --------------------------------------------- */ qTK(sW
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); %W8iC%~
/7])]vZ_
Ka6u*:/
I`(53LCqo
看了之后,我们可以思考一些问题: {:3\Ms#
1._1, _2是什么? HAL\j5i
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。 mI5J]hk
2._1 = 1是在做什么? ;:_AOb31N
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。 J;NIa[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。 KJV8y"^=Q
tT!'qL.*
bZ1*:k2
三. 动工 z\oTuW*B
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: =}%#j0a4
Q
8Hl7__^
>SLQW
P))BS
template < typename T > p5$}h,7
class assignment QRvyaV
{ &9^4-5]
T value;
+WAkBE/
public : S't9F
assignment( const T & v) : value(v) {} .hu7JM+
template < typename T2 > 9DJ&J{2W
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } =3c?W&:
} ; S9Oz5_x
Dm{Xd+Y
nhdZC@~E0
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 -N% V5 TN
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment hcj]T?
]:#=[CH
J/jkb3
\?]U*)B.r
class holder )2RRa^=&
{ >t)Pcf|s
public : C 2nmSXV
template < typename T > {j9TzR
assignment < T > operator = ( const T & t) const rbnAC*y8'L
{ pH mqwB~|
return assignment < T > (t); XrM+DQ;
} ij!d-eM/b
} ; 4P[MkMoC
kBhjqI*
u {_, S3Aa
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: {daX?N|V
#%Bt!#
static holder _1; ?[d4HKs
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 pDZewb&cA
m_*wqNFA6
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); z`IW[N7Z
而不用手动写一个函数对象。 uDie205
/M%>M]
tu<<pR>
(ne[a2%>
四. 问题分析 {iX#
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ".
tW5O>
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 F$)l8}
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 2PYn zAsl
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ;O%
H]oN
下面我们可以对这几个问题进行分析。 V\Gs&>
@JXpD8jn
五. 问题1:一致性 z'm}p
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?| UP^8Yhdo
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 !{r2`d09n)
_i {Y0d+
struct holder zawu(3?~)5
{ Q3tyK{JE
// z^U+oG
template < typename T > +Q u.86dH
T & operator ()( const T & r) const $uHQl#!;
{ LAlwQ^v|
return (T & )r; >Xk42zvqn
} R|8vdZ%@
} ; `jGeS[FhR
xcr2|
这样的话assignment也必须相应改动: #zTy7ZS,0
a*y9@RC}
template < typename Left, typename Right > 86OrJdD8
class assignment U;#KFZ+~
{ 3A!a7]fW
Left l; )vS0Au^C~
Right r; RFL*
qd4
public : e&;e<6l&{
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ]0."{^ksL
template < typename T2 > UsyNn39
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Ob/)f)!!
} ; dhtH&:J<;
Q4m>
3I
同时,holder的operator=也需要改动: 4j=3'Z|
UE'=9{o`
template < typename T > ?9()ya-TE
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const UON=7}=$&
{ = g{I`u
return assignment < holder, T > ( * this , t); `f; w
} $_"u2"p
t`z "=S
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 j**[[
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 4C =W~6~
6^gp
/{
return l(rhs) = r; #"4ioTL2
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 -5b|nQuY
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ;stuTj@vH
+r3)\L{U
template < typename Tp > Bib<ySCre
class constant_t mcV<)UA}
{ m`-);y
const Tp t; BuV71/Vb{Q
public : Ma|4nLC}
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} t,7%|
{
template < typename T > ekhv.;N~
const Tp & operator ()( const T & r) const 3:x(2 A
{ A0Mjk
return t; X(ph$,[
} X}k;(rb
} ; VO:4wC"7
,,{;G'R|
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ~A=zjkm
下面就可以修改holder的operator=了 W<)P@_+-
2|>\A.I|=
template < typename T > zvV&Hks-
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const F-/z@tM
{ mITB\,,G
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); op}!1y$9P
} S?0o[7(x*
'GJB9i+a^
同时也要修改assignment的operator() [h3xW
XYo,5-
template < typename T2 > !kE5]<H\
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 5!F;|*vC8
现在代码看起来就很一致了。 E%`J=C}
p/<DR|
六. 问题2:链式操作 ]lC%HlID
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Xfc$M(a
K{
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。 H.ZIRt!RB
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。 ^&?,L@fW
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。 gyvrQ, u
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ,0! 2x"Q=
a!$kKOK
template < typename T > >B{NxL3->
struct result_1 ~*Y#Y{
{ Ks%0!X?3q
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; `*8}q!.
} ; t neTOj
G}pFy0W\S
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=J>#@G
Wzl/ @CPM
template < typename T > =npE?wK
struct ref tY"eoPme
{ ;MS.ag#
typedef T & reference; ZQfxlzj+X
} ; @N Yl4N
template < typename T > \(Sly&gL
struct ref < T &> x?wvS]EBg
{ gI^&z
typedef T & reference; )s
$]+HQs
} ; !2|Lb'O
D;Qx9^.
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: D^6*Cwb
1b9S";ct0
template < typename T > ^+m`mc sE
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const LE8<JMB
{ *k LFs|U
return l(t) = r(t); huC{SzXM
} +Ryj82;59z
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。 G WIsT\J
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 $f
=`fPo
zq};{~u(
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 cLZ D\1Mt
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: P=n_wE
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Yqs=jTq`{
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 c<$<n
最后的布局是: z&%i"IY
Add J p=qPG|
/ \ ?J:w,,4m
Divide 5 <[db)r~c
/ \ vywB{%p
_1 3 &O'W+4FAc
似乎一切都解决了?不。 s/"bH3Ob9v
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。 H a!,9{T
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。 M/<ypJ
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: jR/Gd01)
<Q|\mUS6
template < typename Right > wp?:@XM
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const {W,5]-
Right & rt) const uFWA] ":is
{ s%D%c;.|
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt);
DN2 ]Y'
} s>>&3jfM
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 roS" q~GS,
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。 v,-Tk=qP
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。 (K[{X0T
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。 l?m"o-Gp3
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。 pQa51 nc
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? xTAfVN
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: %%NoXW
V8n {k'
template < class Action > ,XT,t[w
class picker : public Action X?_rD'3
{ WzzA:X
public : {"wF;*U.V
picker( const Action & act) : Action(act) {} ZG=]b%
// all the operator overloaded UdO8KD#r3
} ; SP%X@~d
:xsZz$
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。 [PIMG2"G
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: xGsOnY;
~}_^$l8#-Q
template < typename Right > "^4*,41U
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const #z(:n5$F
{ %p}vX9U')
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); puOtF YZ\
} o-8{C0>:
gNZwD6GMe?
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 3WwS+6R
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。 >j?5?J"
;dzy5o3
template < typename T > struct picker_maker !BoGSI
{ !`{?qQ[=
typedef picker < constant_t < T > > result; XVs]Y'*x
} ; &[d'g0pF
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > p cLKE
ZK
{ o26Y}W
typedef picker < T > result; 0C<\m\|~k
} ; [(n5-#1S
Q,NnB{R
下面总的结构就有了: 6(E4l5%
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。 Z 8w\[AF{$
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。 KGgtEh|
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 n5QO'Jr%[
至此链式操作完美实现。 Z|qI[ui O
Vl^x_gs#_]
&;$uU
七. 问题3 BwHJr(n
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 .B`$hxl*0c
S|=)^$:
template < typename T1, typename T2 > ,l&?%H9q
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const P@O_MT
{ n{QyqI
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 08ZvRy(Je<
} g(&cq
ROkwjw
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: qJ;~ANwt
sV"tN2W@
template < typename T1, typename T2 > %wbdg&^
struct result_2 )>ff"| X
{ ?i<l7
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ]G[ "TX,
} ; 5RLO}Vn]
nYtkTP!J6
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? [4yHXZxza
这个差事就留给了holder自己。 Be{@ L
'
#K@%P
?^|[Yzk
template < int Order > *9n[#2sM<
class holder; C@-Hm
template <> =o(}=T>:"
class holder < 1 > R,T 0!f
{ D*.3]3-I
public : va@;V+cD
template < typename T > ~|KqG
struct result_1 R6<'J?k
{ ho>@ $9
typedef T & result; !8p>4 |VM
} ; xI<l1@
template < typename T1, typename T2 > e, sS.
struct result_2 #.Dl1L/
{ e,OXn gC
typedef T1 & result; r8(oTx
} ; Jz''UJY/O
template < typename T > 'N{1b_v?
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const <);j5)/
{ Uv59 XF$
return (T & )r; M.H!dZ
} IEm?'o:
template < typename T1, typename T2 > u/W{JPlL
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const R V#w0 r
{ E zcch1
return (T1 & )r1; 1'~+.92Y
} }zA|M9%E
} ; }<G
ae5
Ps0Cc _
template <> b#7nt ?`7p
class holder < 2 > (B` NnL$
{ $U,]c
public : jpi,BVTI-X
template < typename T > 5JOfJ$(n
struct result_1 l4kqz.Z-g
{ ,U9j7E<4
typedef T & result; 6%EpF;T`
} ; ,8*A#cT
B
template < typename T1, typename T2 > <w&'E6mU
struct result_2 A#$l;M.3R
{ '0f!o&?g
typedef T2 & result; J|xXo
} ; 7_Vd%<:
template < typename T > 0of:tZU
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const
G,A?yM'Vw
{ ,pcyU\68v
return (T & )r; ,JH*l:7
} @{V`g8P>
template < typename T1, typename T2 > 4=q4_ \_T
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ->|eMV'd
{ ^Ip\`2^u
return (T2 & )r2; uEPm[oyX
} Le~D"d8
} ; Tx?s?DwC
1mgw0QO
^/2O_C
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> >。 [GyPwb-
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: ]@SEOc@ j
首先 assignment::operator(int, int)被调用: (6[<