一. 什么是Lambda d$!ibL#o
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 =#W6+=YN8
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, uB\A8zC
o\N),;LM
k20tn
ew
|K]tJi4fz
class filler dQ<EDtap
{ l{<@[foc
public : u!O)\m-
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} +:b|I'S
} ; r_QWt1K
},l3N K
}q^CR(h (R
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: MD +Q_
+7=3[K
B9]KC i
(uSfr]89'
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); S;Vj5
[ACa<U/
1c]GS&(RP
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 &W1cc#(
r'&VH]m
;e+ErN`a.~
)Ipa5i>t
二. 战前分析 $(BW |Pc
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 DUaj]V{_^
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 KyjN' F$
_s^sZ{'2_
'h$1vT
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 2vynz,^ET
/* --------------------------------------------- */ 4v;/"4)'
vector < int *> vp( 10 ); b YiaJ
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); YQ]W<0(
/* --------------------------------------------- */ env]*gx+=
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); :V&#Oo
/* --------------------------------------------- */ J=
T!
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); )<%GHDWL
/* --------------------------------------------- */ T{Av[>M
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); o]@?QAu
/* --------------------------------------------- */ LqNsQu";
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); _k&vW(O=:
5~v({R.
l2i[wc"9
Pwf":U)
看了之后,我们可以思考一些问题: HUZI7rC[=)
1._1, _2是什么? ^]K_k7`I
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。 ,#nyEE
2._1 = 1是在做什么? Zv-#v
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。 q.*k
J/L
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。 _G@)Bj^*
3:s!0ty"
G22u+ua
三. 动工 'vBuQinn
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: C1hp2CW$5/
n}EH{k9#
NbH;@R)L
!IcPO
template < typename T > X-=49)
class assignment fTMn
{ EW]rD
T value; U 1vZr{\
public : b:2#3;)
assignment( const T & v) : value(v) {} U`z=!KI+g
template < typename T2 > n&Bgpt~
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } /C}u,dBf
} ; BKi@c\Wb
eot%Th?[
`@RTfBBg
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 RGsgT ^
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment a0~LZQ?
.r4*?>
qf;x~1efC4
2)-Umq{]{
class holder ',P$m&z
{ OQ&l/|{O0?
public : <v%Q|r
template < typename T > -V7dSi
assignment < T > operator = ( const T & t) const /V0[Urc@
{ wt]onve}%
return assignment < T > (t); UyENzK<%u
} ~6DaM!
} ; a[I
: ^S
*mby fu0q
;?4EVZ#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: <- L}N '
g=n{G@ *N
static holder _1; #A\@)wJ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 {\hjKP
}20~5!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); =bgWUu\F
而不用手动写一个函数对象。 kntYj}F(
#Pt_<?JtV
qz95)
tnE),
四. 问题分析 JVydTvc
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。 Q`kV|
pjg
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。 ~bf4_5
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ? fW['%
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 e>0gE`8A
下面我们可以对这几个问题进行分析。 g-? @a
Ogv9_X8
五. 问题1:一致性 ?.Q$@Ih0
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| {>g{+Eq
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 /*P) C'_M
2ci[L:U
struct holder z.lIlp2:
{ y*=sboX
// 2D UY4Ti
template < typename T > HA$Xg
j
T & operator ()( const T & r) const 0RgE~x!hI
{ :er(YWF:
return (T & )r; |P@N}P@
} ,R.rxoO
} ; "%lIB{
nr&bpA/
这样的话assignment也必须相应改动: zX lcu_rc
Fs"i fn0
template < typename Left, typename Right > GXG 7P,p,
class assignment 9fm9xTL
{ 0 30LT$&!
Left l; t'1g+g
Right r; Qo32oT[DM
public : ,BUrZA2\U$
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ;.'?(iEB
template < typename T2 > 9TX2h0U?
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } LAkBf
} ; bgLa`8
JR8|!Of@B
同时,holder的operator=也需要改动: eSQkW
Dj>eAO>
template < typename T > Bv<aB(c
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const v*[UG^+)
{ 47N,jVt4
return assignment < holder, T > ( * this , t); _K}q%In
} nrHC;R.nE
aq)g&.dw?
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。 DkX^b:D*f
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 }`kiULC'=
A'BqNsy
return l(rhs) = r; {n|ah{_p|
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。 O}>@G
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: l^Ob60)2
|.VSw
template < typename Tp > ^s6}[LDW>@
class constant_t
Y?TS,
{ @Ddz|4 vEi
const Tp t; "4\k1H"_
public : EsGf+-}|!0
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 6R,Y.srR
template < typename T > Q,:{(R
const Tp & operator ()( const T & r) const tL3R<'
{ E*O($tS
return t; 6se8`[
} *?BY+0
} ; ,`JYFh M
sC.b'1P
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 $TfB72
下面就可以修改holder的operator=了 /v^'5j1o
h;,1BpbM
template < typename T > [0EWIdT*b
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const =* G3Khz!
{ D%~tU70a
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); iLch3[p%
} o3V\
<Y."()}GeH
同时也要修改assignment的operator() Lo3N)~5
/cb`%"Z
template < typename T2 > $m;`O_-T
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } y{/7z}d
现在代码看起来就很一致了。 'y\Je7
23P&n(.
六. 问题2:链式操作 +l^tT&s;f
现在让我们来看看如何处理链式操作。 u"q56}Q?]
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。
&nDXn|
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 a M9v
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 s>m2qSu
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct `Jk0jj6Z
VxBBZsZO~
template < typename T > g:z<CSIq/
struct result_1 D#UuIZ
{ ydy TDn
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; @Wc5r#
} ; .6P.r}
&y5"0mA
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: yI 2UmhA
3l%Qd<
template < typename T > KEtV
struct ref Sp492W+
{ Xd=KBB[r?
typedef T & reference; gzIx!sc
} ; 9T;4aP>6j#
template < typename T > lhKn&U
struct ref < T &> Hl`OT5pNf
{ LP6p
typedef T & reference; l3sF/zkH
} ; SK
lvZ
_8a;5hS
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: \= v.$u"c
/QY F|%7!
template < typename T > .26mB
Xr
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const K f/[Edn
{ q0NFz mG
return l(t) = r(t); Q]YB.n3
} }:m/@LKB
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。 IplOXD
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 *Jgi=,!m
>x{("``D0y
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 )GkJ%o#H2
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 6@s!J8!
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Z#Mm4(KNh
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 se\f be ^0
最后的布局是: 5Jbwl$mZ
Add @khFk.LBD
/ \ x"{aO6M
Divide 5 c,4~zN8Ou
/ \ -g@!\{
_1 3 Wd:pqhLh
似乎一切都解决了?不。 bZ\R0[0
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 k
ucbI_
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 Kcm+%p^
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: 6nZ]y&$G-k
4yxQq7
m,
template < typename Right > I/`"lAFe
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 8@t8P5(vL
Right & rt) const `gX|q3K\s
{ D5,]E`jwu
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); d5$D[,`1
} t>[W]%op
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 V`y^m@U!
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 17 Ugz?
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 4rU/2}.q
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 hq
3n&/
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 Nap[=[rv
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? vN Bg&m
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: |NuMDVd+s
Wef%f]u
template < class Action > C|V7ZL>W
class picker : public Action wtw=RA
{ <E2 IU~e
public : e$Ksn_wEq
picker( const Action & act) : Action(act) {} /'sv7hg+
// all the operator overloaded w\)K0RN
} ; ,U~A=bsa
g'7E6n"!,
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。 +>"s)R43
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: J8qFdNK
XwY,xg&o
template < typename Right > N&HI)X2&
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const AELj"=RA
{ "+(|]q"W
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); *'>_XX
} xDo0bR(
\N9=13W<lK
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > { ADd[V
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。 'z$$ZEz!C
;P91'B~t
template < typename T > struct picker_maker {7o3wxsS
{ /65YHXg,
typedef picker < constant_t < T > > result; <T}^:2G|
} ; 6:zPWJB
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > .9bi%=hP
{ V&*IZt&
typedef picker < T > result; ,8e'<y
} ; `HX:U3/
dua F?\vv
下面总的结构就有了: %e~xO x
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/qXQORv
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。 [d`E9&Hv3
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 KN}#8.'>3
至此链式操作完美实现。 kelBqJ-,p
Tqt-zX|>
"w:h
七. 问题3 8ymdg\I+L
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。 BJjic% V
B[N]=V
template < typename T1, typename T2 > TTXF
r
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const w?ugZYwX*
{ .C'\U[A{
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); L/i'6(="
} t#^Cem<
1SExlU
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: tu\XuDky
#_DpiiS,.Q
template < typename T1, typename T2 > tgF~5
o}?
struct result_2 P T;{U<5
{ 3"h*L8No
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; c,a8#Og
} ; Z[#8F&QV!m
Z)7{~xq
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? mkSu
$c
这个差事就留给了holder自己。 A(2 0+
90vWqL!
ZFtx&vrP
template < int Order > 4|?(LHBD)
class holder; YK/? mj1x
template <> ),x0G*oebj
class holder < 1 > s ~Eo]e
{ %3`*)cp@
public : t/[2{'R4
template < typename T > k8s)PN
struct result_1 jr`swyg
{ !]F`qS>
typedef T & result; o@)Fy51DD
} ; Ue}1(2.v
template < typename T1, typename T2 > #:?:gY<
struct result_2 BZ?w}%-MO
{ JN8Rh
typedef T1 & result; aT,WXW*
} ; 2XR!2_)O5
template < typename T > OeQ[-e
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const -HF?1c
{ k6#$Nb606
return (T & )r; v?He]e'
} jkk%zu
template < typename T1, typename T2 > _
s 3aaOL
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const O ~5t[
{ D"4*l5l
return (T1 & )r1; b$@I(.X:
} "09v6Tx
} ; |b\a)1Po:
z};|.N}
template <> rZgu`5<a
class holder < 2 > -
|pe D
L
{ v.RA{a 9
public : -|V#U`mwF
template < typename T > H,D5)1Uu
struct result_1 JZ}zXv
{ Q&I #
typedef T & result; Uh0g !zzp
} ; }XUL\6 U
template < typename T1, typename T2 > wqG#jC!5
struct result_2 &k'<