一. 什么是Lambda @S3f:s0~D
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 1cC1*c0Z
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, N#k61x
;rHO&(h-
DBgMC"_
:dnJY%/q
class filler T@YGB]*Y
{ h{'t5&yY
public : }NCL>l;q
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} -x*2t;%z{U
} ; +%0z`E\?M#
bS!\#f%9"
vjUp *R>h
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: bGmx7qt#
8e2?tmWM
*hY2.t; X
L%\b' fs
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 2A:,;~UH
wCKj7y[
{/8Q)2*>0
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Da1aI]{I
I'!/[\_
MaY682}|y
k%81f'H
二. 战前分析 '7)"
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。 mUP. rb6
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 `V!>J1x
s8mr''
0L-!!
c3
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); N#z~
/* --------------------------------------------- */ ~Y!kB:D5;~
vector < int *> vp( 10 ); MuI2?:~:*4
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); .*/Fucr
/* --------------------------------------------- */ nk=$B(h
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); \2e0|)aF6
/* --------------------------------------------- */ L>9R4:g
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ip:LcG t
/* --------------------------------------------- */ 6dH }]~a
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Jo(`zuLJ
/* --------------------------------------------- */ yfQ5:X
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); -Lu)'+
^Jp&H\gI.
d9*hBm
uf<@ruN
看了之后,我们可以思考一些问题: <`X"}I3ba
1._1, _2是什么? v!3A9!.
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 #v#<itfFH
2._1 = 1是在做什么? .9*wY0:
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 wZT%Ee\D%
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 8kE]_t
'# NcZy
k-V,~c
三. 动工 ~9^)wCM+
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: <P ,~eX(r
@[<nQZw:
hDP/JN8y
d4:`@*
template < typename T > CQ7{1,?2
class assignment G2 ]H6G$M
{ !J1rRPV
T value; _cTh#t ^
public : :Eh\NOc_O
assignment( const T & v) : value(v) {} onCKI,"
template < typename T2 > [AH6~-\ x
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ( m\$hX
} ; v$~QCtc
L$'[5"ma
;
Tm^89I]L
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 y4Z&@,_{
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment $CTSnlPq
*b *G2f^
682Z}"I0
eg<bi@C1|
class holder \}6;Kf}\
{ 3<=,1 cU
public : spU)]4P&
template < typename T > 0tISXu-
assignment < T > operator = ( const T & t) const d\MLOXnLq;
{ `
8W*
return assignment < T > (t);
N#V.1<Y
} G)#$]diNuX
} ;
{^CT}\=>
UX-&/eScN
nMDxH$O
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: rWys'uc
&uP~rEJl+
static holder _1; o)6p A^+
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 h1 WT
sAo&
uZ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); W)'*m-I
而不用手动写一个函数对象。 MUOa@O,
bQe^Px5
!.
4p;aS$Q
4v
p
四. 问题分析 ~/NKw:
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。 ZZQG?("S'
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。 YDC mI@
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 hLJM%on
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 _AV1WS;^^8
下面我们可以对这几个问题进行分析。 4?N8R$
AE: Z+rM*
五. 问题1:一致性 7\_o.(g#-
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?| *"9><lJ-!
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 6cqP2!~
bNT9 H`P
struct holder l1ZY1#%j
{ PcB_oG g
// f>BWG`
template < typename T >
F4=}}kU
T & operator ()( const T & r) const |+ N5z
{ ) 9,
return (T & )r; ys_`e
} ~HQ9i%exg
} ; 80A.<=(=.
[ dtbkQt,c
这样的话assignment也必须相应改动: =to=8H-
!=;XBd-
template < typename Left, typename Right > aA7=q=
class assignment R.7 :3h
{ [m^+,%m5]
Left l; 2H&{1f\Bf
Right r; j$eCe<.3
public : A|<;
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} |#TXE|#ux
template < typename T2 > RT"O;P
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 7;HUE!5,^l
} ; $
u2Cd4
DY><qk
同时,holder的operator=也需要改动: =aow
d4t
Um
;kd
template < typename T > Mr6E/7g%
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const C<he4n.
{ \;
bWh
return assignment < holder, T > ( * this , t); g'G8 3F
} 3kLOoL?
*d
l"wH&
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。 I=YCQ VvA
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。
$e/*/.
/{N))
return l(rhs) = r; `F,zenk=
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 >.Q0Tx!P
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ?~qC,N [
_hoAW8i
template < typename Tp > ida*]+ ~
class constant_t ^\YQ_/\~L
{ ~t9$IB
const Tp t; K<,Y^3]6?
public : -fM1$/]
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} }W
"(cYN_
template < typename T > h}6b&m
const Tp & operator ()( const T & r) const ~'f8L#[M
{ 3@X|Gs'_S
return t; p#b{xK
} |'@[N,
} ; $i&\\QNn
eH=c|m]!P
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 \|!gPc%s
下面就可以修改holder的operator=了 S 1ibw \'
,iOZ|
template < typename T > &5/JfNe3
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const <t6d)mJ%
{ m9g^ -X
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 7Jc<.Z"/Gd
} ocP*\NR
~}%&p&
p
同时也要修改assignment的operator() NhtEW0xCr
Y?.gfEXSQo
template < typename T2 > #! @m y
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } <W|1<=z(
现在代码看起来就很一致了。 ]xB6cPdLu
{Vl"m2
六. 问题2:链式操作 rHo6iJj
现在让我们来看看如何处理链式操作。 9<qx!-s2rr
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 3qcpf:
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 5xv,!/@
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 Fs9W>*(
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct #,Bj!'Q'-
q5gP~*?
template < typename T > o?=fhc
struct result_1 RD9Yk
{ ]84YvpfW
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ;Yu>82o.:
} ; QZYM9a>
sBB:$X
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: A xR\ned
T=yCN#cqQ`
template < typename T > i\Q":4
struct ref @YrGyq
{ '7=<#Blc
typedef T & reference; U:Fpj~E_w
} ; &0h=4i=6r
template < typename T > j5A\y^Kv
struct ref < T &> }amE6
{ Z[bv0Pr
typedef T & reference; +9}' s{
} ; 0, "ZV}
wJr/FE7c
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 2?pM5n
(77Dif0)'
template < typename T > "#J}A0
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ^1vq{/ X
{ Vg) ^|
return l(t) = r(t); X{|k<^:
} SFOQM*H
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。 rOhA*_EG
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 nO%<;-=u\
kz|[*%10
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 t3M0La&
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是:
`;T?9n
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 td`wNy\
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 *ig5Q(b*N
最后的布局是: /^8t'Jjd,
Add $$/S8LmmK
/ \ @>Biyb
Divide 5 I>8Bc
/ \ ?/^VOj4&
_1 3 C!I\Gh
似乎一切都解决了?不。 `oan,wq+
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。 f3\w99\o
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。 ar=hx+
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: 5M]6'X6I
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