一. 什么是Lambda S7R*R}
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 QX.U:p5C
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, QxBH{TG
(W9 K:]}
|%(qaPA1
LM!@LQAMY
class filler Maiy d
{ gLbTZM4i
public : F@ZB6~T~.
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} @\=4 Rin/q
} ; yv> 6u7
:QMpp}G
!zfV(&
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: i6^-fl
SQJ4}w>i
mWVq>~
;#7:}>}rO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); RRGs:h@;
\T;(k?28HN
9;A9Q9Yr
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 2]tW&y_i
e&9v`8}
z_Pq5
Wtflw>-
二. 战前分析 &tlU.Whk+
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。 jZqCM{
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 asYUb&Hz88
~A*$+c(
@8SA^u0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); YUlH5rO3
/* --------------------------------------------- */ QU@CPME
vector < int *> vp( 10 ); XeAH.i<
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); }wGy#!CSza
/* --------------------------------------------- */ l_T5KV
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Ntpw(E<$f
/* --------------------------------------------- */ mFBuKp+0)h
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); U+@rLQ.-
/* --------------------------------------------- */ 8oP"?ew#
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); zY&/lWW._
/* --------------------------------------------- */ K- TLzoYA
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); }\EHZ
WAGU|t#."
stOD5yi
=o4McV}
看了之后,我们可以思考一些问题: HgOrrewj
1._1, _2是什么? L^jhr>-";
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。 6
$+b2&V
2._1 = 1是在做什么? {Ytqs(`
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 gCW
{$d1=
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。 2S-z$Bi}]
~4ysg[`
x)e(g}n
三. 动工 ajD/)9S
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Pb/[945
;VPYWss
lD?]D&
PKt;]T0
template < typename T > n`|CDKb
class assignment DbH'Qs?z
{ <f@
A\
T value; IlMst16q5
public : ]{pH,vk-
assignment( const T & v) : value(v) {} =b#,OXQ
template < typename T2 > 8>ODtKI*
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Uy{ZK*c8i
} ; 6Vy4]jdT5
3>G"&T{
WizVw&Iv
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 >Gr,!yP
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment \.{ZgL5"
)|L#i2?:
0J1&6b
!+ ??3-q
class holder -y)g}D%
{ 4XArpKA
public : `:EU~4s\
template < typename T > 3b1%^@,ACy
assignment < T > operator = ( const T & t) const WlnS.P\+E
{ O}q(2[*i
return assignment < T > (t); uE,j$d
} Hp-vBoEk
} ; (:ij'Zbz
z irnur1
txemu*
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: l =^ ^l`
8jfEvwY
static holder _1; NLO&.Q]#
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 @ R;o $n
1Et{lrgh
f
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 );
@d6N[?3;
而不用手动写一个函数对象。 9l:vVp7Uk
rZG6}<Hx
2"L a}Vx2
<5sP%Fs )
四. 问题分析 teg[l-R"7z
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ~`o%Y"p%rv
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 G0pqiU6
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 lhduK4u
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 qM:*!Aq0g
下面我们可以对这几个问题进行分析。 84M*)cKR~
s,;L6nX"
五. 问题1:一致性 P(Q}r7F~(
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| PgwNE wG
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 hwd{^
+{"w5o<CO
struct holder ue"e><c6:
{ :N
]H"u9X
// Hrj@I?4
template < typename T > yVb yw(gS
T & operator ()( const T & r) const H0Ck%5
{ 3C(V<R?
return (T & )r; eAbp5}B
} =z
+iI;
} ; uy
oEMT#u
2, r{zJ8
这样的话assignment也必须相应改动: @w@ `-1
T{mIkp<
template < typename Left, typename Right > }-15^2
class assignment [rtMx8T
{ 299uZz}Y
Left l; Bu,VLIba
Right r; @8'LI8 \/
public : UWg+7RL
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} C9"yu&l
template < typename T2 > :ej`]yK |
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ,ku3;58O<
} ; g%T` 6dvT
2)47$eu
同时,holder的operator=也需要改动: DzE_p-
zs
!t+eJj
template < typename T > -<M'h
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const NM&R\GI
{ SH#!Y
return assignment < holder, T > ( * this , t); TM^.y
Y
} a&s&6Q|Y
=E4~/F}9/T
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。 8I,/ysT:
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 '"fZGz?
|FxTP&8~
return l(rhs) = r; <CY<-H
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。 `w/b];e1)
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 7Hzv-s
cHk ?$
template < typename Tp > kCZxv"Ts
class constant_t FG6mh,C!
{ =Z}=n S?4
const Tp t; '?dT<w=Y&
public : x|q|> dPB
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} [V _\SQV0
template < typename T > /eNDv(g)M
const Tp & operator ()( const T & r) const muKCCWy#
{ 1QJB4|5R#
return t; tA]Y=U+Q
} cSWn4-B@l
} ; 2r>I,TNHl
<A@qN95m
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 _&|<(m&."
下面就可以修改holder的operator=了 e]@R'oM?#`
8$C?j\J|*
template < typename T > wA?q/cw C
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ^muPjM+D
{ wzz>N@|
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ewORb
} W@FRKDixG
l"app]uVZ
同时也要修改assignment的operator() !J-oGs\ u
QTT2P(Pz
template < typename T2 > &n-)Alx
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } FCA]zR1
现在代码看起来就很一致了。 RI#o9d"x}
p~NFiZ,
六. 问题2:链式操作
:to1%6
现在让我们来看看如何处理链式操作。 0;avWa)Q
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。 v"J7VF2
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。 `=JGlN7
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。 ]0@
06G(y
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct D|R aj\R
bFtzwa5Gc
template < typename T > p{S#>JTr
struct result_1 YMD&U
{ AxZaV;%*
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 6BIr{SY
} ; I!;vy/r
x3]y*6
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: WpPI6bd
Y4)v>&H
template < typename T > :1,xs e
struct ref Kb,#Ot
{ yOr5kWqX
typedef T & reference; tX7TP(
} ; $mLiEsJ
template < typename T > m?_@.O@]
struct ref < T &> X Cf!xIv
{ jO6yZt
typedef T & reference; 6 Z7J<0
} ; C:$pAE(
xA {1XS}
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Bn?MlG;aA
7$jO3J
template < typename T > 5x1_rjP$|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const "'\f?A9
{ |?Bb{Es
return l(t) = r(t); C8bv%9
} ![CF
>:e
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。 ]/y69ou
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Y:'#jY*V
Cv;\cI"&
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'"K
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: &7m)K>E27
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 IWD21lS
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 PP_fTacX
最后的布局是: 1?N$I}?
Add IQA<xqX
/ \ SdOE^_@:
Divide 5 4[^lE?+
/ \ r(ufyC&
_1 3 r]'Q5l4j6"
似乎一切都解决了?不。 Z4aK
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 [tY+P7j9)
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 ^tY$pPA
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: ajMI7j^G
dfoFs&CSKh
template < typename Right > :n?K[f?LfY
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ;uazQyo6
Right & rt) const >S:>_&I`I
{ cjel6 nj
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); @xI:ZtM
} '9#O#I&J
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 [# '38
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。 P5*~Wi`
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。 :W\xZ
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。 $M T'ZM
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 ~<, QxFG5
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? bqt*d)$
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: lV0\UySH
#+-
/0{HT
template < class Action > 02~+$R]L
class picker : public Action 1E*No1
{ Vp'Zm:
public : 9w=GB?/
picker( const Action & act) : Action(act) {} R]7-6
// all the operator overloaded E\(dyq/
} ; xD(JkOne
!P &F6ViO=
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。 8SGFzb! h
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: @L-3&~=
ZO2$Aan
template < typename Right > {i7Wp$ug
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const x}W,B,q
{ &O