一. 什么是Lambda jj,CBNo(
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 @d&JtA
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, ,59G6o
tG7F!um(
6N49q-.Lg
DX2_}|$!
class filler SD/=e3
{ |D% O`[k+
public : $#z-b@s=B
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} {4n
} ; 4,, @o
8t;vZ&
_ez*dE%
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: @Ojbu@A
t !8(I R
+TZVx(Z&A
Af"p:;^z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); v~*Co}0OB
~xa yGk
1^ijKn@6
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 a
Xn:hn~O
"u.'JE;j
}WA=
}>5R9
二. 战前分析 HUFm@?
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 =Lh8#>T\h
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 {e+}jZ[L
@*16agGg
-k?K|w*X
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 6`h}#@ (
/* --------------------------------------------- */ FUP0X2P
vector < int *> vp( 10 ); KqL+R$??"(
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); S.zY0
/* --------------------------------------------- */ @tX8M[.eA
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); DL*&e|:q
/* --------------------------------------------- */ qyKI.X3n*
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); *|9:
/* --------------------------------------------- */ !b"2]Qv
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); w
t6&N{@
/* --------------------------------------------- */ 0{OafL8&l
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); %p(X*mVX
~eyZH8&
.iV-Y *3<
~eZ]LW])
看了之后,我们可以思考一些问题: Z,~PW#8<&
1._1, _2是什么? h+c9FN
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。 i*]$_\yl"
2._1 = 1是在做什么? dEI]|i
r
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 hcqg94R#_
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 cCx_tGR"
{.j030Q
J'E?Z0
三. 动工 cGSG}m@B`
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: o
zMn8@R
fB)S: f|
+gyGA/5:d$
M9QYYo@
template < typename T > to{7B7t>q
class assignment >g;995tG
{ + MtxS l
T value; 7<*,O&![|
public : JA$RY
assignment( const T & v) : value(v) {} S-[S?&c`
template < typename T2 > lt("yqBu
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ATWa/"l(H-
} ; kxLWk%V
`qV*R
2
FN<Sagj
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 cX#U_U~d
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment `)tIXMn
aF{1V\e
sE])EwZ
=p[a Cb
i
class holder ".{'h
{ oO^=%Mc(
public : yf2P6b\
template < typename T > tH(g;flO)
assignment < T > operator = ( const T & t) const cl'wQ1<:
{ 'si{6t|
return assignment < T > (t); ,B:r^(}0j
} 2BO&OX|X
} ; vawS5b;
_/J`v`}G
=PjxMC._
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: h-]c
`n"PHur
static holder _1; i~LY
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 $=5kn>[_Z%
e0M'\'J
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); @Hl+]arUh
而不用手动写一个函数对象。 G+t=+T2m
T|2v1Vj
FEi@MJJ\e
"vfpG7CG
四. 问题分析 ]wUH*\(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。 s~m]>^?8MR
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。 '?$R YU,
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 k+zskfo
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 +*IRI/KUD
下面我们可以对这几个问题进行分析。 6lL^/$]
Js&.p9S2
五. 问题1:一致性 \cdns;
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?| T0@$6&b%\z
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 *mkVk7]c
WFTwFm6
struct holder NpxgF<G
{ s &f\gp1
// w8bvqTQ
template < typename T > r&_e3#]*
T & operator ()( const T & r) const E"7[|-`e6
{ hlfdmh?/
return (T & )r; {TvB3QOsj
} ovZ!}
} ; Mzw:c#
m86ztP)
这样的话assignment也必须相应改动: F#~*j
?1**@E0
template < typename Left, typename Right > 'A9Z ((
class assignment >IipWTVo<
{ lHFk~Qp[
Left l; y@<&A~Cl^
Right r; V}ls|B$Y
public : t)mc~M9w
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} \x|8
template < typename T2 > Cg8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } }^
=f%EjV
} ; DUwms"I,%
(o^?i2)g
同时,holder的operator=也需要改动: !gcea?I
@SI,V8i
template < typename T > !R![:T\,
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const
WtC&Qyuq
{ ]_`ICS
return assignment < holder, T > ( * this , t); tNQACM8F;
} R7A:K]iJ5
5n[''#D
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。 k\r^GB
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 5z:#Bl-,L
e|q~t
{=9S
return l(rhs) = r; ornU8H`
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。 (mioKO )?v
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: /iL*)
6Fc*&7Z+
template < typename Tp > . I."q
class constant_t OlgM7Vrl
{ m;0ZV%c*j
const Tp t; h@TP=
public : :sttGXQX
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} q0b*#j
template < typename T > 7.]H9
const Tp & operator ()( const T & r) const yY]E~
{ `fE'$2
return t; i1K$~
} f`iDF+h<6
} ; !JBj%| !
u'^kpr`y
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 MY^o0N
下面就可以修改holder的operator=了 ;0`IFtz
>I',%v\?@
template < typename T > F,V|In
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const wB:<ICm
{ nX\mCO4T
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); l&5Tft
} IG:2<G
13 %:3W(
同时也要修改assignment的operator() !L<z(dV|(
Xpt9$=d
template < typename T2 > Xc4zUEO9
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } <+<Nsza
现在代码看起来就很一致了。 /(?s\}O
clk]JA (
六. 问题2:链式操作 n}-
_fx
现在让我们来看看如何处理链式操作。 uL~wMX
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 T=RabKVYP
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 qFl|q0\ A
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 M%g2UP
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct /<%EKu5
B*9?mcP\
template < typename T > <AK9HPxP
struct result_1 [7 NO !^
{ :i|]iXEI"
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; y(#6nG@S
} ; o' v!83$L
yivWT;`
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: ~SmFDg$/m
xu{VU^'Y
template < typename T > fWb+08}C
struct ref %xKZ"#Z#K
{ yYP>3]z
typedef T & reference; %
[~0<uO
} ; dn:\V?9
template < typename T > K=r~+4F
struct ref < T &> 9m\Yi
{ uKj(=Rqq
typedef T & reference; KzJJ@D*4M]
} ; Q- w_@~
G:@1.H`
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: m# -&<=
ddbQFAQQQ
template < typename T > T%;NW|mH&
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const QjD=JC+
{ 1f'msy/
return l(t) = r(t); 6 !N2B[9
} &C)97E
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。 gGN6Yqj0
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 LDYa{w-t
\cf'Hj}
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 4eF{Y^
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: OmK4
\_.
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 D6"d\Fm<
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 t<j_` %`8
最后的布局是: vF&0I2T~l
Add B79~-,Yh
/ \ KXpbee
Divide 5 YLS*uXB&.
/ \ $My~sN8
_1 3 t*dq*(3"c
似乎一切都解决了?不。 a 7=lZZ?
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。 !6z{~Z:
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。 B@#vS=g
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: N1.fV -
0{u%J%;
template < typename Right > NjPQT9&3h
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const AX
Q.E$1g
Right & rt) const G}LV"0?
{ b|;h$otC
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); NqveL<r`
} {wgq>cb
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 O1wo
KkfV
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。 TB= _r(:l+
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。 Y\+LBbB8
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。 j,lI\vw<
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。 vp9wRGd
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? tR2%oT>h
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: }`!-WY
ruyQ}b:zS
template < class Action > ) jt?X}
class picker : public Action 0c8_&
{ TP~1-(M)}
public : NFC/4
picker( const Action & act) : Action(act) {} C\vOxBAB
// all the operator overloaded ,yvS c
} ; / {[p?7x>
q~Al[`K
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。 rl&.|;5uH;
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: )4.-6F7U?
^FVmP d*1
template < typename Right > K4+|K:e
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Rha|Rk~
{ Xr'b{&
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); jSRi
} UX<)hvKj
pf+VYZ#)
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > tkkh<5{C
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。 r .
(}
F2ISg'
template < typename T > struct picker_maker z#rp8-HUDS
{ ;>;it5 l=
typedef picker < constant_t < T > > result; "Nz@jv?
} ; (ss,x CF
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > *OIBMx#qxn
{ I_ kA!^
typedef picker < T > result; n3qRt
} ; )[r=(6?n
~*UY[!+4^=
下面总的结构就有了: 7,8TMd1`M
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。 8?x:PkK
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。 pYu6[
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 /L5:/Z
至此链式操作完美实现。 q_mxZM
->
jzZ]+'t
8OO[Le]1
七. 问题3
U0srwt97S
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。 &\Lu}t7Ru
12_7UWZ"
template < typename T1, typename T2 > 8G9( )UF.
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const %+<1X?;,Fq
{ #};Zgixo$
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); };EB[n
} UI%4d3
K{V.N<