一. 什么是Lambda Ud_7>P$a
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 B? aMX,1
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, qs%UJ0tR
-U{CWn3G
Y#5v5
-d. i4X3j
class filler kaT
!
{ H%b c.c
public : r j.X"
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} @<jm+f"MP
} ; j8G$ , ~v
`-!kqJ
3xz|d`A
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: |ms.
Dv*d$
fm^J-
|vw],r6
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ;:,U]@
Sy/Z}H
y9N6!M|'y
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 xi<yB0MoA
%L|xmx!c
sU+8'&vBp
Uc,J+j0F
二. 战前分析 8OMMV,QF
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。 >m:n6M'r
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 25Ro
)5
(HXKa][T
X`(fJ',
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 4T TrHs
/* --------------------------------------------- */ e"%uOuIYX
vector < int *> vp( 10 ); O^!Bc}$
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); &ty-aB=F
/* --------------------------------------------- */ Qo!F?i/ n
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); njZJp|y6
/* --------------------------------------------- */ `fOp>S^Q4
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); B]NcY&A
/* --------------------------------------------- */ (<
>L fn
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); O')=]6CQ*
/* --------------------------------------------- */ |@~_&g
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); I4|"Ztw
-G~/ GO
C}|.z
!x:{"
看了之后,我们可以思考一些问题: kl[(!"p
1._1, _2是什么? ~BqC!v.)@E
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。 >9mj/P D
2._1 = 1是在做什么? $)nPj_h
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 &Nh
zEl1
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 1V9A nzwX
5rf Dm
Cn{v\Q~.4
三. 动工 6.a5%:
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 8AuE:=?,,
|h%HUau
4Y}Nu
Zoc4@%
n
template < typename T > YXZP-=fB>i
class assignment QVJpX;u
{ 5|~nX8>
T value; SSCs96
public : ll1N`ke
assignment( const T & v) : value(v) {} }!{R;,5/n
template < typename T2 > ;N(L,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } D/Ok
} ; /t`,7y3T
m?4hEwQxf
:<bhQY
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 3!\h'5{
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment maDWV&Db
Woj5
yr
~;]kqYIJ
=+K?@;?
class holder S9r?= K
{ {aq)Y>o5:T
public : ']>9/r#
template < typename T > kS&>g
assignment < T > operator = ( const T & t) const {d*OJ/4
{ 54Rp0otv
return assignment < T > (t); 1<1+nGO
} 9unRMvE u
} ; 49M1^nMvoo
2"?D aX
hrq% { !Z
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: PuREqa\_[
Ex
z B{"
static holder _1; YC8IwyL'
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 HV)aVkr/&
zG<<MR/<
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); * 30K}&T
而不用手动写一个函数对象。 HUD0
@HQI
D-LOjMe
jk&xzJH.
NJ.oM E@=
四. 问题分析 YPI,u7-
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 8ta@@h
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 !hZ:
\&V
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 *|g[Mn
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。
5N$XY@
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Nj3iZD|
/ @"{u0
五. 问题1:一致性 AK,'KO%{=
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?| KS93v9|
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 3k9n*jY0
K&%CeUa
struct holder D0xQXC3$`
{ O 1z0dHa
// }R#W<4:
template < typename T > El5} f4sl
T & operator ()( const T & r) const PjEJC@n
{ p9?kJKN
return (T & )r; b{
x lW }S
} I:iMRvp
} ; |mQ Fi\
&H;,,7u
这样的话assignment也必须相应改动: i cTpx#|=
Y /_CPY
template < typename Left, typename Right > nS%jnp#
class assignment D?1fY!C:r
{ RSym9t90t
Left l; E|f[#+:+
Right r; {owuYVm
public : ?$109wZ:9
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ;C$+8%P4
template < typename T2 > nPXP9wmh4x
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } NUltuM
} ; ZAgXz{!H(
H"l4b4)N\
同时,holder的operator=也需要改动: Tl2t\z+ps
!="q"X/*
template < typename T > +,>%Yb=EA
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 0W*{ 1W
{ {s0%XG1$
return assignment < holder, T > ( * this , t); hvw9i7#
} dz9U.:C
JyMk @Y
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。 xeU|5-d'
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 D:/ n2_
'/.Dxib
return l(rhs) = r; ,\\ba_*z
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。 Dd5
9xNKm
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: %Gh5!e:$SI
f*XCWr
template < typename Tp > kKSGC?d
class constant_t 8~o']B;lJ
{ #_ |B6!D!
const Tp t; !lgL=Ys(
public : I1E9E$m5\<
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ;AEfU^[
template < typename T > $~G,T
g
const Tp & operator ()( const T & r) const 46 A sD
{ :jl*Y-mM
return t; |qUGB.Q
} ~:z.Xu5m
} ; .c"nDCFVR
`Y?VQ~ci>
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 `-L?x2)U
下面就可以修改holder的operator=了 ^ F]hW
m;OvOc,
template < typename T > k5S;G"iJ
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const S:_Ms{S
{ LlQsc{Ddf
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); QO'Hyf t
} k6Kc{kY
X(N~tE
同时也要修改assignment的operator() V,&%[H [
q9/v\~m
template < typename T2 > C Bkoky9&
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 03 @aG
现在代码看起来就很一致了。 FQ<-Wc
?.?)5
&4
六. 问题2:链式操作 t}q
e_c
现在让我们来看看如何处理链式操作。 2Xt4Rqk $
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。 Hy.u6Jt*/
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。 F(G..XJQ
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。 v"bWVc~H
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct W>@ti9\t
*d1BpR%
template < typename T > pp"X0
struct result_1 G$<(>"Yr~$
{ hw
DxGiU
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Q]k<Y
} ; hLO)-ueb
>;fVuy
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: HGQ</5Z
;,4*uU'vq
template < typename T > #t+?eye~
struct ref )pWgt5:7~
{ D#g-mqar:
typedef T & reference; iGW|j>N
} ; DSrU7#
template < typename T > P3zUaN\c
struct ref < T &> 0j$\k|xFXZ
{ 4>gfLK\R:
typedef T & reference; VeA@HC`?"
} ; Xoe|]@U`
?JrUZXY
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: uF7vba$
_jQ:9,;
A
template < typename T > :@L7RZ`_
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const "Lp.*o
{ BIx*t9wA
return l(t) = r(t); VE\L&d2S
} _H+]G"k/r
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。 A2'i~_e
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 >^Nnhnr
S:xXD^n#H
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 >F$9&s&
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: e={O&9Z
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ,1]UOQ>AP
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 !sT>]e
最后的布局是: 529;_|
Add VUP|j/qD
/ \ FnGKt\
Divide 5 4 9qa
/ \ TegdB|y7O
_1 3 t[|oSF#i
似乎一切都解决了?不。 RD`|Z~:q:K
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ^ D0"m>3r
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 {j wv+6]U
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: YD4I2'E
!yNU-/K
template < typename Right > vl (``5{
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 4H8r[
Right & rt) const (:iMs)
iO{
{ "aGmv9\
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); [v1$Lp
} <&eJIz=
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 vn.5X
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。 dle\}Sy=
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。 {|9knP
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。 HNZ$CaJh
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。 Zg+.`>z
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? PMQTcQ^
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: $QiMA,
D0J{pAJ
template < class Action > w,1N ;R&
class picker : public Action o[;P@F
{ }s2CND
public : 7w73,r/D8A
picker( const Action & act) : Action(act) {} bdrE2m
// all the operator overloaded e N`+ r
} ; c!@|yE,
A
rE~6X
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。
pj %]t
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: shw?_#?1dy
@3n!5XM{EE
template < typename Right > veDv14
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 091m$~r*
{ :$I"n\
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); DN^+"_:TB
} |QS|\8g{0V
gj;gl
="3
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > -w+.'
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 T4x%3-4;
1F.._5_"]
template < typename T > struct picker_maker :h@V,m Z
{ QFTiE1mGH
typedef picker < constant_t < T > > result; 33%hZ`/>
} ; a;$V;3C{b&
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > J_F\cM
{ tDETRjTA
typedef picker < T > result; |X{j^JP5
} ; :U\*4l
jP+{2)z"W
下面总的结构就有了: {X?Aj >l
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 +/3rd
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。 $`OyGeq"T
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 a@g
<cl7a,
至此链式操作完美实现。 LcLHX
a[;L+
Ft;x@!h%
七. 问题3 pI f6RwH}%
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。 gwNZ`_Q
/%&5Iq\:vA
template < typename T1, typename T2 > T=NLBJ
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const &CRgi488b
{ -75mgOj.#
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); m
+A4aQ9
} U:x;4
b4:{PD~Mh
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: b~ )@e9
.Z]hS7t
template < typename T1, typename T2 > R|@~<