一. 什么是Lambda &nk[gb
o\
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 U!rhj&n
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, "Y Z B@
{>E`Zf:
&xG>"sJ
i+)9ItZr
class filler dd +%d
{ 1 U|IN=
public : k%5o5Hx
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Ne)H*DT
} ; \/Z?QBFvz
+p:#$R)MW
D.hj9
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: al9L+ruR
B1GBQH$Ms
478gl
o
-c"nx$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); U&uop$/Cq
1d4?+[)gUv
]D@_cxud3
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 jU~
!*]
y3 vDKZ
Ydw04WEJ
_<`j?$P
二. 战前分析 t7"vAjZU
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。 Uk=-A
@q
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 gn>qd6P
bcp+7b(IB
1 Z5:DE<
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); )zzK\I6/EQ
/* --------------------------------------------- */ hP1H/=~
vector < int *> vp( 10 ); x4&<Vr
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Ka|WT|1
/* --------------------------------------------- */ Lb2bzZbhx
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); K/+Y9JP9
/* --------------------------------------------- */ Q{ibH=^
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); o/grM+_
/* --------------------------------------------- */ %Y7\0q~Z
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); <g SZt\
/* --------------------------------------------- */ 6PF7Wl7.
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 6 6G$5
=BN_Kvza^6
dD
Qx[
LZirw'
看了之后,我们可以思考一些问题: .</`#
1._1, _2是什么? w%(Ats
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 G1t{a:
2._1 = 1是在做什么? 5E|y5|8fb
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 2UPqn#.3
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 6 XZF8W
nU{}R"|
FwB}@)3
三. 动工 <6_RWtU
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ^XsIQz[q
T)ZO+}
21b
K+=cNC4B
template < typename T > vhA4ol
class assignment 0}a="`p#<
{ >h?!6L- d
T value; S${n:e0\
public : yMdE[/+3
assignment( const T & v) : value(v) {} h[|c?\E
z
template < typename T2 > cO]_5@#f'8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } $e
bx
} ; |yqL0x0\l
jea{BhdUr
I\%a<
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 S?ypka"L
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment p~/
;7jszs.6%
}Zs
y&K
nH6Ny
class holder ia'eV10
{ Q{s9{
public : fwe4f
template < typename T > >l<`)4*H
assignment < T > operator = ( const T & t) const op\'T;xIu
{ 3#O Rfr(
return assignment < T > (t); m&o6j>C
} xc4g`Xi
} ; _$g2;X >
=UGyZV:z5
4<j)1i=A
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: !fwMkws
ZCP
r`H
static holder _1; :Pa^/i
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 MLbmz\8a
(n4\$LdP-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); m?Tv8-1
而不用手动写一个函数对象。 C`4m#
%rU8^'Gu
;\[n{<
Q L0
四. 问题分析 _6y#?8RMB
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。 =tP%K*Il4
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。 (KHO'QNMt^
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 [;?CO<
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 aYJTSgW
下面我们可以对这几个问题进行分析。 t)!(s,;T
,;&j*qFi
五. 问题1:一致性 %T~3xQ
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?| } D'pyTf[
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 rKhhx
Y@jO#6R
struct holder v[++"=<
o8
{ XfYMv38(
// %QYH]DR
template < typename T > {WYJQKs8
T & operator ()( const T & r) const Mj9Mv<io
{ G+?Z=A:T8
return (T & )r; <D_UF1Pk
} F
gi&CJ8Q
} ; HLlp+;CF><
[:CV5k~xc
这样的话assignment也必须相应改动: |n*nByL/
Xr B)[kQ
template < typename Left, typename Right > t<F*ODn
class assignment `(2Y%L(r
{ &nKb<o
Left l; xtWwz}^8]
Right r; CyR1.|!@
public : kYW>o}J|
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} *n"{] tj^>
template < typename T2 > zwLJ|>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } W@bZ~Q9
} ; HX)oN8
-Lo3@:2i
同时,holder的operator=也需要改动: nzcXL
=^r3
z(YzK
template < typename T > d~0k}|>
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const (dH "b
*
{ 8zI*<RX.Q
return assignment < holder, T > ( * this , t); // k`X
} ;2k!KW@
o)V@|i0Js
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。 s*g`| E{M
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 QWncKE,O$
{Xjj-@
return l(rhs) = r; HQy:,_f@
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。 P]~apMi:
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Rj'Tu0l
TJO?BX_9
template < typename Tp > l_2B
class constant_t )/p=ZH0[
{ 'vP"&lrn
const Tp t; hy]8t1894
public : PxvD0GTW
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} +jPJv[W
template < typename T > L2Vj2o"x?
const Tp & operator ()( const T & r) const =$wQA
{ 83i;:cn
return t; ns&3Dh(IVP
} znkc@8_4
} ; Hz>_tA"^T
>7$h
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 L=_
下面就可以修改holder的operator=了 JeXA*U#
`'vNHY
template < typename T > 2Kmnt(>
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const '}N4SrU$
{ P-_2IZiz
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); U&'Xsz
} 8=-/0y9,
!q[r_wL
同时也要修改assignment的operator() \hO}3;*&
BGrV,h^
template < typename T2 > *km!<L7Y
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } aInh?-
现在代码看起来就很一致了。 +UX~TT:
S] R.:T_%
六. 问题2:链式操作 @#>YU
现在让我们来看看如何处理链式操作。 tE$oV
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ;[q>
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 5M?
I-m
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 Ge=|RAw3
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct )~{8C:
*?x[pqGq
template < typename T > VD90JU]X<
struct result_1 m5%E1k$=
{ TNF+yj-|X:
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; w\}Q.$@
} ; g?gF*^_0
C>* 1f|<
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: Blox~=cW
WxJV
zHtR
template < typename T > El^V[s'3
struct ref E G J/r
{ A kEt=vI
typedef T & reference; ayZWt| iHA
} ; (r-8*)Qh8
template < typename T > vVFT0_
struct ref < T &> ;XI=Y"h{%
{ c{{RP6o/j=
typedef T & reference; [<JY[o=
} ; fD#!0^
bqwn_=.
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ^5Ob(FvU
4vMjVbr
template < typename T > A,;[9J2\&
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const m~`f0
{ 4Jk[X>I~
return l(t) = r(t); qpX`ZY^
} k&pV`.Imi
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。 #^9a[ZLj0
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 tKCX0UZ'
,xg(F0q
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 ;0nL1R]w(
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: {q/D,Rh8
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 0[92&:c,
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 $|o[l.q2
最后的布局是: S.*.nv
Add UW],9r/PD@
/ \ I^?hVH
Divide 5 )rbcY0q
/ \ N 8pzs"
_1 3 feT.d +Fd
似乎一切都解决了?不。 . sv
uXB
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 rds0EZ4 W
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 cdv0:+[P
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ^o[(F<q
W744hq@P%
template < typename Right > ?Vc/mO2X
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const S20E}bS:>
Right & rt) const wT&P].5n
{ >_u5"&q
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); DxzNg_E]
} "64D.c(r$
下面对该代码的一些细节方面作一些解释
hOr4C4
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。 <(x!P=NM-
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。 nzl3<Ar
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。 :Y[?@/m4
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。 {TC_
4Y|8
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? w!/|aZ~*
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: x-HR [{C
%!V =noo
template < class Action > g*$yUt
class picker : public Action jWGX:XB
{ gacE?bW'
public : $j'8Z^
picker( const Action & act) : Action(act) {} BF(Kaf;<t.
// all the operator overloaded PaBqv]
} ; fK5iOj'Q
#QKgY7
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)&JLb
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: ]3~X!(O
1*]@1DJt
template < typename Right > Q_FL8w9D~8
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const cE3V0voSw1
{ Y@'ahxF
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); `E5vO1Pl
} KZI-/H+
k^Uk=)9
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > E>N L/[1d
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。 v$EgVcK
j?s+#t
template < typename T > struct picker_maker c3|/8
{ cQ`+ A|q
typedef picker < constant_t < T > > result; xwZ7I
} ; Vf`9[*j
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > cB2jf</
{ fXB64MNo
typedef picker < T > result; K&%YTA
} ; 9 p`|~^X
r]O8|#P,Z$
下面总的结构就有了: \++#adN:K
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。 KL+, [M@ F
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。 i`vgD<}
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 B{-+1f4
至此链式操作完美实现。 'H)l~L
uz@WW!+o
?ubIh.d
七. 问题3 U66 zm9
3&
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。 q-nM]Gm
b`X"yg+
template < typename T1, typename T2 > 9|&%"~6'
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Avo"jN*<d
{ M{M?#Q
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); =RQ\i6Y
} uf}Q{@Ab
@P
xX]e
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: Czt>?8x`
7Hp~:i30
template < typename T1, typename T2 > ,?>:Cdz4
struct result_2 te8lF{R
{ ]x`I@vSf7R
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 7|$
H}$
} ; x\!Uk!fM
7s'r3}B`
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? rw]*Nxgr
这个差事就留给了holder自己。 ]{E{ IW8
^f bw0
Jz'8|o;^
template < int Order > cb9q0sdf
class holder; OA\
*)c+F
template <> 4f{(Scg
class holder < 1 > ]Qb85;0)
{ Q]2v]PJ6"
public : bx8|_K*^
template < typename T > B;mt11M
struct result_1 @(Y+W2Iyy+
{ *Zi:^<hv
typedef T & result;
C#x9RW
} ; LG3:V'|
template < typename T1, typename T2 > F3V_rE<
struct result_2 {Tym#
{ }Qo:;&"3
typedef T1 & result; Dt p\T|)
} ; < &~KYu\r
template < typename T > _'47yq^O
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ^GN |}W
{ 3~Vo]wv
return (T & )r; X1{U''$
K
} cWG?`6xU&
template < typename T1, typename T2 > 2V 9vS
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const qX?k]m
{ `VxfAV?}
return (T1 & )r1; d)X6x-(
} d
%Z+.O
} ; d)7V:
"vnWq=E2
template <> _LUTIqlvi
class holder < 2 > msiftP.
{ k4ijWo{:0
public : .|g67PH=
template < typename T > =7WE
struct result_1 09>lx$
{ #aV2+ `d
typedef T & result; s=xJcLA
} ; 4 9zOhG
|
template < typename T1, typename T2 > nQW`X=Ku
struct result_2 M&5;Qeoiv
{ y8.(filNB
typedef T2 & result; ,awp)@VG7
} ; CH/*MA
template < typename T > Ie%twc
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const /K./k!'z
{ ,wvzY7%
return (T & )r; L?c7M}vV
} fm%1vM$[J
template < typename T1, typename T2 > Cyw
cJ
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const rZBOWT
{ /6%<