一. 什么是Lambda EB jiSQw
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 2pFOC;tl
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, K[)N/Q
FV^CSaN[R
eU_|.2
NWPL18*C
class filler >R3~P~@30
{ #EtS9D'd+
public : :Bp{yUgi@
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} D4'"GaCv
} ; >U~.I2sz
Z:aDKAboU
e3YZ-w^W~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: K
!8+~[
yAtM|:qq
)xCpQ=nS
K1uN(T.Ju
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); D.)$\Caq
m
s\:^a
6HpSZa
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 >JS\H6
wE3^6
]+)z}lr8 C
o*97Nbjn
二. 战前分析 4?M=?K0
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 6}R^L(^M
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 qRsPi0;
N'Va&"&73>
,0[8/)$M
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1iaNb[:QX
/* --------------------------------------------- */ N^q*lV#kob
vector < int *> vp( 10 ); VY<v?Of
i-
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); U6FM`w<
/* --------------------------------------------- */ tr7FV1p
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); %^^2
/* --------------------------------------------- */ k='sI^lF
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); btw_k+Fh
/* --------------------------------------------- */ ?PiJ7|
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); \l_RyMi
/* --------------------------------------------- */ B$g!4C
`g
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); al=Dy60|z
t-dN:1
5ejdf
t d q;D
看了之后,我们可以思考一些问题: IvetQ+
1._1, _2是什么? ;E:ra_l
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 4 *He<2g
2._1 = 1是在做什么? Rb<aCX
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 s\#kqw\x
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 8U\;N
Um;ReJ8z
JoKD6Q1D
三. 动工 rj$u_y3S*
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: &of%;>$>M
wGd8q xa
tbAN{pX
}CaL:kY8
template < typename T > Gw!jYnU
class assignment P^v`5v
{ tNbCO+rZ
T value; en!cu_]t
public : zdyS"H}
assignment( const T & v) : value(v) {} CcgCKT
template < typename T2 > LH]nJdq?)
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } [HtU-8:
} ; "pdG%$
E~2}rK+#)
rv;w`f
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ub}t3#
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment dQ`ch~HVUW
=4
&9!Z
@s2z/h0H
!K'kkn,h
class holder RJnRbaC
{ ~c! XQJ
public : )Y
Qtrc\91
template < typename T > n0O- Bxhl
assignment < T > operator = ( const T & t) const b,D+1'
{ .cQwjL
return assignment < T > (t); 5Tb93Q@c
} O9=vz%
} ; VZb0x)w
ocAoqjlT[
qW][Q%'lt
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: YX18!OhQ
`DC)U1
static holder _1; Jmf&&)p
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 w80g)4V+
$eX ;
2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); xO'1|b^&
而不用手动写一个函数对象。 -HP [IJP
_&.CI6
I Vq9z
>7@F4a
四. 问题分析 P[8`]=
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 p/cVQ
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 QlSZr[^v
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ]5YG*sD4
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 /(E)|*~6
下面我们可以对这几个问题进行分析。 O>Xyl4U
1}QU\N(t
五. 问题1:一致性 ?%iAkV
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| %S]5wR6;_
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 BB|w-W=Kd
n$axqvG
struct holder ^WVH z;
{ ^E{~{
// :p=IZY
template < typename T > A>xFNem
T & operator ()( const T & r) const Fj7cI +
{ 0{@E=}}h
return (T & )r; elJLTG
} Z[FSy-;"
} ; n>+M4Zb
&xj?MgdNL
这样的话assignment也必须相应改动: -SlLX\>p
^ bexXYh
template < typename Left, typename Right > UCa(3p^V_
class assignment R8W{[@
{ Z'/:
Left l; Wepa;
Right r; C^2Tql
public : #:v|/2
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} y7u"a)T
template < typename T2 > |/Ggsfmby
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } >TeTa l
} ; 2x"&8Bg3
Pn[-{nz
同时,holder的operator=也需要改动: DKPX_::
MIsjTKE
template < typename T > cD YKvrPY
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const fx_7X15
{ O8wR#(/
return assignment < holder, T > ( * this , t); N41)?-7F
} ] L"jt8E
N8@Fj!Zi
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。 ]t=m
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Q=)$
MXh0 a@*]
return l(rhs) = r; U6t>UE6k
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。 c/jU+,_g
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: +4Aj/$%[q
+g(>]!swb
template < typename Tp > ?xWO>#/
class constant_t }u5/
{ 8doKB<#_+=
const Tp t; % r`hW\4{
public : h8&VaJ
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} }xk85*V
template < typename T > 2-s ,PQno^
const Tp & operator ()( const T & r) const mXtsP1
{ Iq]+O Q
return t; F0qpJM,
} X4_1kY;
} ; i882r=TE3
F0t-b %w,
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 5 Tag-+
下面就可以修改holder的operator=了 -GJ~xcf0
o,>9|EMQZ
template < typename T > H*51GxK
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const [3lAKI
{ Sg
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); -N
$4\yp
} |J-Osi
F$.h+v
同时也要修改assignment的operator() .)59*'0
<| 8N\FU{
template < typename T2 > i=T!4'Zu
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } JN)@bP
现在代码看起来就很一致了。 /*Iq,"kGz
fm]mqO
六. 问题2:链式操作 hGh91c;4
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ]dIcW9a
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。 Nk?eVJ)
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。 S9RH&/^H
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。 !xcLJ5^W
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 'tvX.aX2
^% ZbjJ7|j
template < typename T > AK$&'t+$}7
struct result_1 Yw=7(}
{ *Tc lcu
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; nl<TM96
} ; 8! eYax
K Q^CiX
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: 9U&~H*Hf
SG\6qE~
template < typename T > |ht:_l
8
struct ref Rax]svc
{ 41uiW,
typedef T & reference; .w,$ TezGP
} ; Y%9$!
template < typename T > HOt,G
_{
struct ref < T &> DwmK?5 p
{ IC"Z.'Ph
typedef T & reference; Ua hsX
} ; U45kA\[bZ
6|uv+$
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: G+7#!y Y
QjOO^6Fh
template < typename T > PH.g+u=v
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const e dTFk$0
{ V82HO{ D
return l(t) = r(t); dJv2tVm&'
} @*Tql:Qcd^
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。 rjK]zD9
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 IJ]rVty
;
DXsPpZC
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 ]*?lgwE
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: S-'R84M,F
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 }ChS cY
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 mqtX7rej
最后的布局是: mq}V @H5
Add !mZDukfjQ
/ \ @AtJO>w
Divide 5 \VpN:RI
/ \ {8I,uQO
_1 3 O!!N@Q2g
似乎一切都解决了?不。 :6MV@{;PJ
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。 Nj;5iy
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。 NX4G;+6
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: / 3eGt7x#
`>0%Ha
template < typename Right > |\2>n!
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const FI,K 0sO/|
Right & rt) const gky+.EP.
{ 4VF4 8
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); h0R.c|g[
} >?O?U=:<
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 /WGD7\G'8
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。 #_eXybUV
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。 '_b3m2I.G
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。 zLgc j(;
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。 ~&?57Sw*m
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? uK]-m
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: $l2`@ia"
-T}r$A
template < class Action > D6~KLSKm
class picker : public Action |8pSMgN
{ 3 [j,d]\|
public : ?q7MbQw
picker( const Action & act) : Action(act) {} svx7
// all the operator overloaded Nw9@E R
} ; 3?K+wg s
kebk f,`p
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。 ?wu@+
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: {yv_Ni*6!
8 :WN@
template < typename Right > +oh |r'~
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ^vxx]Hji
{ O=t~.]))
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); m.rV1#AI
} )w~1VcnJEp
oi]XSh[_s
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 9Nps<+K
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。 whYk"N
w[F})u]E
template < typename T > struct picker_maker LtH
j
{ K\wu9z8M
typedef picker < constant_t < T > > result; zJP jsD]
} ; Y(t/=3c[
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > "f8,9@
{ ia3Q1 9r
typedef picker < T > result; ;e*okYM
} ; YO-B|f
k>F!S`a&m
下面总的结构就有了: q_6lD~~q^
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。 W**[:n+
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。 L){V(*K '
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 uB^"A ;0v
至此链式操作完美实现。 g0"xG}d
^SsdM#E
!?_CIt$p
七. 问题3 w&f>VB~,1
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 k-a1^K3
[Rub
template < typename T1, typename T2 > R(pQu!
K4
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const x&^Xgi?
{ 0<:rp]<,
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); V dvj*I
} X3 1%T"
&OZx!G^Z
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: Go1xyd:k
eI:x4K,#
template < typename T1, typename T2 > Zyr|J!VF
struct result_2 Q|P
M6ta
{ rz,,ku4qt
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; )Nx*T9!Q
} ; QnOs8%HS-
yUf`L=C:
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? IJKdVb~
这个差事就留给了holder自己。 /s%-c!o^
<m^a
?q^
A(uo%QE|
template < int Order > Du
+_dr^4
class holder; +zbCYA
template <> ?$ov9U_
class holder < 1 > lK/4"&
{ 'v^shGI%Ht
public : *~4<CP+"0
template < typename T > O-ENFA~E;v
struct result_1 \1&4wzT
{ a *
CXg.i
typedef T & result; k"%JyO8Y
} ; S&-F(#CF^
template < typename T1, typename T2 > ~3Pp}eO~V
struct result_2 t5_76'@cX
{ O"|d~VQ
typedef T1 & result; -hfkF+=U'
} ; U[Sh){4j
template < typename T > %-fS:~$
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const qc.TYp
{ *2N0r2t&
return (T & )r; i;/;zG^=_
} )(yaX
template < typename T1, typename T2 > 2"|7 YI
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 'Lu xF1>
{ ~`Vo0Z*S
return (T1 & )r1; 9@lG{9id?
} Ake l .&
} ; G9xO>Xp^Al
k >.U !
template <> E_$nsM8?
class holder < 2 > RTbV!I
{ J#j3?qrxu
public : R>~I8k9mM
template < typename T > Gg
GjBt
struct result_1 |;(P+Q4lB
{ _,v?rFLE
typedef T & result; S76MY&Vx23
} ; 4Ozcs'}
template < typename T1, typename T2 > X{i>Q_8>
struct result_2 |{-?OOKj
{ P0_Ymn=&