一. 什么是Lambda NM![WvtjW
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 _(kaa WJ
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, 0.n[_?<(
W [K.|8ho
d,JDfG)
@&WHX#
class filler Jut&J]{h
{ u YT$$'S
public : ` K{k0_{
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ';/J-l/SE
} ; 0Q_*Z (
/YF:WKr2
'D
?o^
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: oR=i5lAU
cAEvv[
.\^0RyJE
Hy[: _E
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 8SKrpwy
~S\L(B(
Xzf,S;XV~
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 oYStf5
S\&3t}_
`;;l {8
5j1d=h
二. 战前分析 NBc^(F"
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。 Ws@'2i\;
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 k<^M >` $
&EQhk9j
LtMM89u
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); $%cc[[/U
/* --------------------------------------------- */ 9 =;mY
vector < int *> vp( 10 ); 4#0 3x:/<\
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); =ZIT!B?4
/* --------------------------------------------- */ 6,3o_"J!
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); crP2jF!
/* --------------------------------------------- */ d"#Zp
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); !ou#g5Q@z
/* --------------------------------------------- */ ~,HFd`
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); jBw)8~tYm
/* --------------------------------------------- */ K -rR)-rI
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ls]N&!/hq
U-u?oU-.'
)P:^A9&_n=
IFX$\+-
看了之后,我们可以思考一些问题: 0Lxz?R x]<
1._1, _2是什么? w#9KtW,tt
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。 @9gZH_ur>E
2._1 = 1是在做什么? ^}d]O(
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。 P6 OnE18n
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。 JF 4A
-Qn7+?P
!-f Bw
三. 动工 *n? 1C"l
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: {G:y?q'z
w!7\wI[
Y7VO:o
1jl!VU6
template < typename T > E6A"Xo
class assignment lZ\8W^
{ .z`70ot?
T value; 'kZ,:.v
public : xLz=)k[''
assignment( const T & v) : value(v) {} e yJ07
template < typename T2 > GlAI~ \A
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } a[O6xA%
} ; 1q;v|F
i/ilG3m>
_6ZjF>f
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 85GIEUvH/
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment &[.`xZ(|
H,!xTy"Wh
AC)
M2;
jV3PTU
class holder 7Gc{&hp*
{ \c}(rqT
public : >d 2Fa4u3
template < typename T > 5~JT*Ny
assignment < T > operator = ( const T & t) const `Z?wj@H1`
{ ;<AcW.jx
return assignment < T > (t); EiW|+@1
} do}LaUz
} ; jmM|on!
`C+<!)2
@!#e\tx
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: DmiBM6t3N
jhNFaBrS
static holder _1; W_\zx<m
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 %fqR
9Eyx Ob
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ~?Q sr
而不用手动写一个函数对象。 ??rS h Mu
o%$.8)B9F
0mY Y:?v
5</$dcG
四. 问题分析 ,S8 K!
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。 @w[i%F,&`
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。 iq(PC3e`V
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 g{65 QP
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 @X2*O9
下面我们可以对这几个问题进行分析。 |p11Jt[
{*ak>Wud
五. 问题1:一致性 :S+K\
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?| [. 5m}V
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 T #\
~&?bU]F
struct holder x *Lt]]A
{ +&Ld`d!n
// tgK
I
template < typename T > '$K E=Jy
T & operator ()( const T & r) const dj0; tQ=C
{ tMIYVHGy
return (T & )r; vT'Bs;QR
} !>8~R2
} ; (yOkf-e2y
1o_kY"D<
这样的话assignment也必须相应改动: 0+1wi4wy/
1uw#;3<L
template < typename Left, typename Right > Ifj&S'():
class assignment CLb6XnkcA\
{ *eVq(R9?T
Left l; 'X`Z1L/
Right r; yPm2??5MW>
public : /Rp]"S
vt
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} [I $+wWW_
template < typename T2 > C|(A/b
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } nV;'UpQw
} ; RgE`H r
"/#JC}]
同时,holder的operator=也需要改动: tT$OnZu&
l\HdB"nT
template < typename T > aER|5!7(2\
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 9(CvGzco<
{ 'Ts:.
return assignment < holder, T > ( * this , t); ^NW[)Dq1<
} (B7G'h.?
.J"N}
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。 3dShznlf_*
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 fV(3RG
E h%61/
return l(rhs) = r; 5jdZC(q5a
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。 qtGJJ#^,
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: J~Xv R
] $ew 5%
template < typename Tp > h6
\P&Z
class constant_t <#63tN9
{ THA9OXP
const Tp t; #x%'U}sF
public : 90}{4&C.^
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} QFyL2Xes/
template < typename T > &J[a.:..
const Tp & operator ()( const T & r) const 8s%/5v"
{ ^S9y7b^;r
return t; R`?l.0
} 4JSPD#%f
} ; ));#oQol9
5sD,gZ7
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 g;IlS*Ld
下面就可以修改holder的operator=了 ?0tg}0|
da{]B5p\
template < typename T > ,w
}Po
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 0P^h6Vat
{ R;& >PFmq
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 8#I>`z^F
} .=_p6_G
eE;tiX/
同时也要修改assignment的operator() Hh<H~s [
~,'{\jDrS
template < typename T2 > SGd]o"VF
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } A5?"
现在代码看起来就很一致了。 <Ox[![SR
<3YZ0f f>
六. 问题2:链式操作 ]`E+HLEQ'
现在让我们来看看如何处理链式操作。 q!K:N?
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。 D-3[#~MV
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。 |Td+,>,
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。 ejRK-!
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 9O[IR)O~
{1GJ,['qL
template < typename T > sYTz6-
struct result_1 ~NGM6+9
{ :cpj{v;s
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; AbU`wr/h 4
} ; mq:k|w^6
Wzq
W1<*`
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: Bz+oMN#XJ
7T[~~V^x
template < typename T > mY|c7}>V;
struct ref cJKnB!iL5
{ wG3L+[,
typedef T & reference; o<g?*"TRh
} ; OM'iJB6=
template < typename T > 3ML][|TR
struct ref < T &> 2g(_Kdj*{
{ +]l?JKV
typedef T & reference; t@KTiJI
]
} ; ]aN9mT
N
O[X*F2LC4
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: (6,:X
J%bNt)K}
template < typename T > )! [B(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 5-dt0I@<
{ =D zrM%
return l(t) = r(t); H4i}gdR
} ODJ"3 J
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。 /Qgb t
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 8X;?fjl`"
&oL"AJU
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 v[CR$@Y
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 3}L3n*Ft#.
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Ff<cY%t
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ]0i[=
最后的布局是: e\)%<G5
Add U$:^^Zt`B
/ \ O:]']' /
Divide 5 L5hF-Ek!
3
/ \ AArLNXzVW
_1 3 v]JET9hY
似乎一切都解决了?不。 v}>g* @
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ,Wtw0)4
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 sbvP1|P8%
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: LcKc#)'EE
YB*)&@yx
template < typename Right > @Y~gdK
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const a$W
O}g?
Right & rt) const k_g@4x1y*
{ GTs,?t16/
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Y58H.P
} }#zL)+XI
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 h]zok}$
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。 4'faE="1)S
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。 {[uhIJD3g6
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。 4Q+ ,_iP
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。 (4Db%Iw
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? $`xpn#lz
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: \Y,P
]W3u~T*
template < class Action > n3e,vP? R
class picker : public Action DzC`yWstP
{ g.\b@0Uy'
public : f}dlQkZ(
picker( const Action & act) : Action(act) {} 4n#u?)
// all the operator overloaded X8}r= K~
} ; b'(AVA
kwi$%
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。 _9oKW;7f7
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: y0O(n/
"'BDVxp'w
template < typename Right > ~ESw* 6s9
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const hMupQDv/I
{ JP!e'oWxi
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); +@$VJM%^7b
} M_O$]^I3w
(,"%fc7<i
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > )g=mv*9>
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。 9f['TG,"
6l|L/Z_6
template < typename T > struct picker_maker l[ko)%7V
{ M"mvPr9
typedef picker < constant_t < T > > result; \*PE#RB#6
} ; ks$5$,^T2o
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > H!NGY]z*
{ lC*xyOK
typedef picker < T > result; 2 U%t
} ; bSM|"
@MQfeM-@
下面总的结构就有了: C&F%
j. <
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。 DN8I[5O
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。 $_%
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 )YCH>Za
至此链式操作完美实现。 &2@"zD
AU*]D@H
Uq=Rz8hLM
七. 问题3 w8>lWgN
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 FpttH?^
7ey|~u2
template < typename T1, typename T2 > 57 Vn-
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const `U?S 9m
{ <-d-.
8
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); -Hi_g@i*XW
} NVVAh5R
i(u zb<
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: Jx3a7CpX
8}z PDs
template < typename T1, typename T2 > z:n
JN%Qb
struct result_2 (1,4egMpR
{ T~>&m~} +
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; PHsM)V+
} ; Z\-Gr
2k
r|jBKq~
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? Rlr[uU_
这个差事就留给了holder自己。 ]~WIGl"g
BZQJ@lk5
+'e3YF+'
template < int Order > (_q&QI0{
class holder; ~O~we
template <> wS2N,X/Y
class holder < 1 > a
8jG')zg
{ HV3D$~g F
public : t5p#g<