一. 什么是Lambda M|8vP53=q
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 #$W02L8
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, Sv3O${B|
w3l2u1u
m#6RJbEz
)+ifVv50
class filler j'r"_*%
{ 4P(muOS
public : `R[cM; c2
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 'kU5
} ; w]L^)_'Th
Xb#!1hA
E,IeW {6s
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: h; " 9.
C\2 rSyo
p1tqwV
N)yCGo
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); (~S=DFsP
zI-]K,!
>_XC
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 vYl2_\,Y?
}fC=
~]f6@n
Q$,AQyBlqc
二. 战前分析 RZMR2fP%
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 X5U#^^O$E%
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 709/'#- ^
[}>!$::Y
\dAs<${(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); suOWmqLs
/* --------------------------------------------- */ )LC"rSNx%
vector < int *> vp( 10 ); /=5:@
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ya3k;j2C
/* --------------------------------------------- */ YMSZcI
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ,J;Cb}
/* --------------------------------------------- */ @!'rsPrI
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); a4d7;~tZ
/* --------------------------------------------- */ \-?0ab3Z
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); L5[{taZ,
/* --------------------------------------------- */ ehTrjb3k
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); KC+jHk
Ww=^P{q\
Gxh r0'
6W\G i>
看了之后,我们可以思考一些问题: LX'z7fh
1._1, _2是什么? {,NF'x4$
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。 [?>\]
2._1 = 1是在做什么? &&PXWR!%]
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。 -v %n@8p
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。 px${
"K<
.9NYa |+0
"ov270:
三. 动工 iW%~>`tT
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: xeNj@\jdC5
NHaY&\
/SW*y@R2l
'3|fv{I
template < typename T > 6 2:FlW>
class assignment G!T_X*^q2U
{ ,>p1:pga
T value; /@ww"dmqU
public : y5{Vx{V"Q
assignment( const T & v) : value(v) {} m?O~(6k@C
template < typename T2 > J?C#'2/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 6?(yMSKa
} ; 3N[Rrxe2
Y_zMj`HE
xovsh\s
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 c/DK31K
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment O!G!Gq&
&+5ij;AD
QYg V[\&
b#nI#!p'
class holder xyD2<?dGUb
{ S=<OS2W7+r
public : EVlj#~mV
template < typename T > s_;o1 K0
assignment < T > operator = ( const T & t) const k{F]^VXQ
{ 5,R4:y ?cK
return assignment < T > (t); ?}e^-//*i
} [XE\2Qa8e
} ; "&:H }Jd
=`ZRPA!aY
nIr: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: =Y- .=}jp;
bj6;>Ezp3(
static holder _1; )+Y"4?z~
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 =PF2p'.o
hd*GDjmRQ/
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); B:Y F|k}T
而不用手动写一个函数对象。 ds2%i
>PzZt8e
VqUCcT
B*(BsXQLY
四. 问题分析 QWc,JCu
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。 xa'^:H $X
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。 $cWt^B'
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ck< `kJ`b
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 -7KoR}Ck!
下面我们可以对这几个问题进行分析。 .?vHoNvo
jF-:e;-
五. 问题1:一致性 9}wI@
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| a&2UDl% K
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 [vY#9W"!
5Gs>rq" #
struct holder [D+,I1u2h
{ TSD7R
// 8@[S,[
template < typename T > RFLfvD<
T & operator ()( const T & r) const IH&0>a
{ ;W T<]
return (T & )r; hFo29oN
} ;F|#m,2Q-
} ; riL|B3
KL6B!B{;
这样的话assignment也必须相应改动: 2!6E~<~HC
d>?C?F
template < typename Left, typename Right > 9Fy'L#%
class assignment HSWki';G
{ {+m8^-T
Left l; ,CI-IR2
Right r; a>6D3n
W
public : Q6HghG
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} TQu.jC
template < typename T2 > =w* 8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } =;4K5l{c
} ; 1c{m
rsB
}N}Js*
同时,holder的operator=也需要改动: @ta:9wZ
:%z#s
template < typename T > Lk!m1J5
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const \FUMfo^
{ c4u/tt.)
return assignment < holder, T > ( * this , t); P-a8S*RRa
} 2i0;b|-=
!u'xdV+bf
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 {
"M2V+ep
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 41]a{A7q
pSb tm74
return l(rhs) = r; a{L&RRJ
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 8Ji`wnkXe
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: =IW!ZN_
^r-d.1
template < typename Tp > N,Z*d
class constant_t 4 ob?M:S
{ "P0!cY8r
const Tp t; .^M#BAt2
public : Ka6u*:/
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} I`(53LCqo
template < typename T > `Th~r&GvF
const Tp & operator ()( const T & r) const OPzudO
{ 4D2U,Ds
return t; bf@g*~h@
} 78{9@\e"0
} ; f=k#o2
n?nzm "g
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 EcL6lNTR+
下面就可以修改holder的operator=了 .8Bu%Sf
`kJ)E;v;3
template < typename T > Pjk2tf0j`
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ^8EW/$k
{ xxyc^\$
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); $cK}Tlq
} mZ2CGOR
:o'|%JE
同时也要修改assignment的operator() wgIm{;T[u
I5q$QQK
template < typename T2 > >I0;MNX
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } .CnZMw{'
现在代码看起来就很一致了。 ;-8.~Sm
YnuY/zDF
六. 问题2:链式操作 ,@c1X:
现在让我们来看看如何处理链式操作。 VsJ+-IHm
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。 1Xo0(*O
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。 z]r'8Jc
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。 v@|<.
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct O-HS)g$2
&BLCP d
template < typename T > }3A~ek#*~
struct result_1 y~\ujp_5w
{ qF4tjza;k
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; {ibu0
} ; vRH^en
r}&&e BY
f
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: FJDC^@ Ne
*djLf.I@
template < typename T >
:`NZD
struct ref XrM+DQ;
{ iAZ8Y/
typedef T & reference; !p/SX>NJ
} ; ?5J#
yn
template < typename T > ]y6{um8"
struct ref < T &> gy%.+!4>v`
{ L~-/'+
typedef T & reference; pDZewb&cA
} ; 1R3,Z8j'
uUg;v/:
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: #<< el;n
L&DjNu`!9
template < typename T > 9:4S[mz/hD
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const w.w{L=p:<"
{ x)*Lu">
return l(t) = r(t); pdRM%ug
} ?/OF=C#
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 ~*7$aj
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 0t?o6e
o3dqsQE%
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 )`rD]0ua;
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: I4G0!"T+
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 LWv<mtuYf
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 5aizWz
最后的布局是: T8a' 6otc
Add #0r~/gW
/ \ Rb L?(
Divide 5 ,Q56A#Y\
/ \ GZ~Tl0U
_1 3 `=H*4I-"
似乎一切都解决了?不。 sko7,&
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。 ,)Q-o2(C
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。 P !i_?M
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: ;Y\LsmZ;F
>^~^#MT
template < typename Right > @w8}]S
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const w2.]
3QAZ
Right & rt) const $U*eq[
{ llP
V{
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); KE3`5Y!
} /IWAU)A0
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 u -t=M]
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 -}%J3j|R:
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 n"htx|v
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 OW@%H;b
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 Jz`jN~
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? dhtH&:J<;
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: Q4m>
3I
4j=3'Z|
template < class Action > UE'=9{o`
class picker : public Action ?9()ya-TE
{ A,.X
public : d}4NL:=&
picker( const Action & act) : Action(act) {} t|i NSy3
// all the operator overloaded OF7hp5
} ; qR'FbI
!b+4[xky
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 p75 o1RU
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: LZn'+{\`
:|s8v2am
template < typename Right > \Ip)Lm0
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const k`m7j[A]l
{ +r3)\L{U
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); i]r(VKX
} )$:1e)d
eLSzGbKf
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > -x+3nb|.
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。 G$>?UQ[
!:|*!
template < typename T > struct picker_maker ?gMx
{ G1z*e.+y
typedef picker < constant_t < T > > result; Xj\ToO
} ; 23):OB>S`
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > !G3AD3
{ gsyOf*Q$
typedef picker < T > result; n{;Q"\*Sg
} ; 0 #8
;\*3A22 #
下面总的结构就有了: J,?#O#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。
77@N79lqO
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。 !"F;wg$
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ELCNf
至此链式操作完美实现。 J 6KHc^,7
*DPX4P
8 ??-H0P
七. 问题3 a&_