一. 什么是Lambda dsh S+d
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 C)r!;u)AZH
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, ^mu?V-4
>lRa},5(
_k,/t10
Z,~EH
class filler ,`3kDqS_4
{ ;be2sTo
public : k>8,/ AZd
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} `n#
{} %
} ; zMUifMiAj
_p~lL<q-K[
;&N;6V"}
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: _;Q1PgT
lUR7zrwJ]o
qDQ$Zq[
R0n#FL^E
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); WzC_M>_
IfH*saN7
|G5Me
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 %b
H1We
KKz{a{ePY%
#sOkD
AC$:.KLI
二. 战前分析 q5irKT*Hs
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。 wi]F\ q"Y^
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 pD+_ K
a/Cd;T2
AQ>8] `e`
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ,,Dwb\B}
/* --------------------------------------------- */ q@i,$R
vector < int *> vp( 10 ); S9$* w!W
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); SYPG.O?I
/* --------------------------------------------- */ eAkj pc
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); p#~Dq(Q
/* --------------------------------------------- */
`@acQs;0
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Qg \OJmv
/* --------------------------------------------- */ Q.q'pJ-
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ccUq!1
/* --------------------------------------------- */ Pw^lp'dO
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ZR~ *Yofy
}4!R2c
8u,f<XHi"a
v>2gx1F"?
看了之后,我们可以思考一些问题: '\$2+*
1._1, _2是什么? 4v"9I(
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。 cMCGaaLU
2._1 = 1是在做什么? poqcoSL"}
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。 r.5}Q?
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。 *LTFDC
&uh|!lD
p*T`fOL
三. 动工 <5s51b <
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类:
u;fD4CA
.Y8z3O
cax]lO
1N#KVvK
template < typename T > 8\+Q*7~@i
class assignment Jon<?DQj
{ .e
$W(}
T value; akuV9S
public : ;T Af[[P
assignment( const T & v) : value(v) {} HQ8oOn
template < typename T2 > v'"0Ya
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } =tJ}itcJ'
} ; <p<J;@
|fx*F}1
'n7)()"2
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 cr{;gP
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment +ht -Bl
<<zYF.9L]
o1j_5c
PS
CzF#feTA
class holder Tl.dr
{ .^<4]
public : ]UR@V;JG
template < typename T > }n+#o!uEf
assignment < T > operator = ( const T & t) const 6]=$c<.&
{ 2]Nc@wX`p
return assignment < T > (t); CS;bm`8a
} f$G{7%9*
} ; jl;%?bx
@z8,XW
}
RR u1/nam
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: 1LbJR'}
/bE=]nM
static holder _1; }H[v!l@
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 T}ZUw;}BL
i1qhe?5
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1}A1P&2>
而不用手动写一个函数对象。 I`?6>Z+%)
TA=VfA B
;VY0DAp{
K,7IBv,B[
四. 问题分析 /8\gT(@
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。 xef@-%mcoy
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。 50:gk*hy
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ;aJBx
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 nE!h&}(
下面我们可以对这几个问题进行分析。 (nWi9(}J
sb"etc`w%-
五. 问题1:一致性 y^vB_[6l
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?| t(-`==.R
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 J. ;9-
>wiW(Ki}
struct holder A
%iZ_h^
{ $F|3VQ~
// [whX),3>
template < typename T > N? r{Y$x
T & operator ()( const T & r) const c2aX_ "
{ $9pFRQC'q
return (T & )r; KTV~g@Jf
} Yx4TUA$c'
} ; 1wX0x.4d
R;2tb7 o
这样的话assignment也必须相应改动: 6I0G.N
<!ewb=[_$
template < typename Left, typename Right > H1`}3}"
class assignment otQulL)T/
{ ;A~efC^<
Left l; r=Up-(j
Right r; PNwXZ/N%
public : -e6~0%X
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} N/ 7Q(^
template < typename T2 > )/BI:)
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } `N8?F3>
} ; s8,{8k
>syQDB
同时,holder的operator=也需要改动: HmWU;9Vn+
h,-8(
S
template < typename T > s8,N9o[.~P
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const [42vO
{ P`JO6O:&
return assignment < holder, T > ( * this , t); ][ri
A
} %UEV['=
's.%rre%
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。 UZ8
vZ
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 8!a6)Zeux
pBW|d\8
return l(rhs) = r; .VFa,&5;3
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。 9>y6zFTV
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 7X\azL
!&f(Xs
template < typename Tp > }}AooziH9
class constant_t aJ[K' 5|
{ >j [> 0D
const Tp t; YzTmXwuA5
public : Ij +
E/V
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} q9GSUkb
template < typename T > "I"(yiKD
const Tp & operator ()( const T & r) const g. V6:>,
{ )sWC5\
return t; y H\z+A|
} E^uWlUb{
} ; iOCx7j{BS
*XRAM.
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 h,:8TMJRRN
下面就可以修改holder的operator=了 7_,)"J2^
"c[ D0{\{
template < typename T > 9$-V/7@)
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const >EQd;Af
{ qA4w*{JN
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); yDwG,)m 4s
} ;t'~
&X0qH8W
同时也要修改assignment的operator() }O+F#/6
%O$4da"y
template < typename T2 > u`Ew^-">
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ![ &
go
现在代码看起来就很一致了。 bERYC|
NXQdy g,
六. 问题2:链式操作 y:TLGQ0
现在让我们来看看如何处理链式操作。 JGS4r+
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。 m"MTw@}SJ;
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。 zD>:Kj5
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。 7x
*]
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct F8(6P1}E
\}O'?)(1
template < typename T > _x<CTFTL
struct result_1 l56D?E8
{ [12^NEt
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Vx1xULdY
} ; }"?v=9.G
?eUhHKS5
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: aE0yO#=
Iu`B7UOF
template < typename T > `WDN T0@M
struct ref _e/>CiN/
{ tx=~bm"*?
typedef T & reference; <VB;J5Rv
} ; Etk`>,]Y>y
template < typename T > zY@|KV"^r
struct ref < T &> 1b)^5U ;
{ B dHLow
typedef T & reference; ulM6R/V:?
} ; vi+k#KE
92}UP=RW!
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: VH&6Tm1
V,=V
template < typename T > $7q'Be@{
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const \IZfp=On
{ K2J DG.<
return l(t) = r(t); 6PETIs
} KsZXdM/
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。 @/6cEiC+r\
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 p9*#{~
jPG&Ypm1
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 p #:.,;
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ps:|YR
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 U0}]3a0
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 =i jGB~
最后的布局是:
r"s
<;
Add $i@~$m7d-
/ \ 5;=,BWU
Divide 5 I 2JE@?
/ \ ?(Dk{-:T'
_1 3 RC5b'+E