一. 什么是Lambda y# IUDnRJ
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 [tJp^?6*
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, 6^z):d#u
zy8D&7Ytf
EV
R>R
|#22pq?RP
class filler bKr73S9
{ 0E^S!A7
public : wHs4~"EY9
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} @-O%u*%J
} ; r3~YGY
=^w:G =ymS
v2vtkYQN
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: )yS S 2
I5W#8g!{
i(S}gH4*o
bG]?AiWr
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 3Io7!:+
=qww|B92
9y;zk$O8
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 jjg[v""3|
r@G34QC+
4z^VwKH\ j
fczH^+mI
二. 战前分析 !PEP`wEKdp
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 JzkI!5c<j
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 nO8e'&|
{fn1sGA
N. 0~4H
%U
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); `M ~-(,++
/* --------------------------------------------- */ 9Hs5uBe
vector < int *> vp( 10 ); 2Jt*s$
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); F2',3
/* --------------------------------------------- */ %5<Xa
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); y+M9{[ i/O
/* --------------------------------------------- */ bqQR";
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Q\z9\mMG-
/* --------------------------------------------- */ 28lor&Cc
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); #!w7E,UBi
/* --------------------------------------------- */ v3r<kNW_
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); X>Y>1fI.
ov|pXi<e
WCg&*
knRs{1}Pw{
看了之后,我们可以思考一些问题: 3:3>k8
1._1, _2是什么? $6/CTQ
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 k1HCPj
2._1 = 1是在做什么? ,UW!?}@
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 3d(:Y6D)
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 o3oTu
'H'R6<z5
32K
三. 动工 f+4j ^y}
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: )/BbASO$)Z
Ji0FHa_
m@g9+7
EskD)Sl
template < typename T > +{s -F g
class assignment a7TvX{<d
{ i0&W}Bb'
T value; d0 8:lYQ
public : jJe?pT]o
assignment( const T & v) : value(v) {} )Vpt.4IBd
template < typename T2 > A_I\6&b4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } > |(L3UA9
} ; e^or qw/I
oN=>U"<\1
bA/'IF+
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 />V&
OX`
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment |) CfO 4
A0H6}53, $
NoT%z$1n
Dn+hI_"#_
class holder >]ZW.?1h
{ u Qz!of%x
public : 9QEK|x`8
template < typename T > ;~( yv|f6
assignment < T > operator = ( const T & t) const ]eo%eaA
{ HEe_K!_
return assignment < T > (t); N$<R6DU]K
} J(Zz^$8]<?
} ; v`r*Yok;`
|L(h+/>aWX
l|K$6>80
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: iB5'mb*
%ZGG6Xgw
static holder _1; C\}M_MD
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 #2?3B
\ 9#X]H
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); jh/aK_Q,w
而不用手动写一个函数对象。 .:B;%*
NPLJ*uHH
#E4|@}30`
PgYIQpV
四. 问题分析 E>bpq^;r
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 c2fw;)j&X
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 oe[f2?-
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 #F'8vf'r
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Wn Ng3'6
下面我们可以对这几个问题进行分析。 q)OCY}QA
-BEd7@?A
五. 问题1:一致性 yhd]s0(!
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| W@Rb"5Gy+
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 @81N{tg-
ricL.[v9S
struct holder ) RNB;K~s9
{ N;i\.oY
// /NQ
PTr
template < typename T > t/h,-x
T & operator ()( const T & r) const UZJ#/x5F
{ +3]V>Mv
return (T & )r; aA'of>'ib|
} D|IS@gWa
} ; '8;'V%[+
S%df'bh$
这样的话assignment也必须相应改动: q5\iQ2f{WV
EAK[2?CY
template < typename Left, typename Right > !k!1h%7q
class assignment hY|-l%2f
{ 05o<fa 2HE
Left l; *Nur>11D
Right r; ,n&Lp
public : \W7pSV-U
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} t@q==VHF
template < typename T2 > {pC$jd>T
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } O6Y1*XTmH6
} ; TEi1,yc
,iXQ"):!OB
同时,holder的operator=也需要改动: *s|'V+1
j eyGIY
template < typename T > i-R}O6
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const L)"CE].
{ j8;Uny9
return assignment < holder, T > ( * this , t); X}`39r.
} z[0tM&pv
yacN=]SW5
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。 $ J!PSF8PL
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 b fI= =
>{>X.I~
return l(rhs) = r; SZ~lCdWad
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。 ;KT/;I
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: )C0d*T0i
J>1%*Tz
template < typename Tp > C@u}tH
)
class constant_t Op:$7hv
{ Bv#?.0Ez;
const Tp t; "%#CMCE|f
public : 5E
=!L
g
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} LR3>_t
template < typename T > ywA7hm
const Tp & operator ()( const T & r) const ,@\z{}~v
{
I!T=$Um
return t; b"w@am>&
} gObafIA
} ; ;9'] na
2.'hr/.
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 .9vt<<Kwh
下面就可以修改holder的operator=了 $.4N@=s,?c
ha7mXGN%
template < typename T > X2'XbG3
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const (6&"(}Pai
{ O)D$UG\<
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Xh }G=1}
} 6VLo4bq 5
,h<xY>
同时也要修改assignment的operator() [}dPn61
tTT
:r),}$
template < typename T2 > e@iz`~[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } V>c !V9w
现在代码看起来就很一致了。 `>
+:38
Q=Liy@/+!
六. 问题2:链式操作 o>|DT(Ib
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ()5X<=i
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。 H~bbkql
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。 H3( @Q^9
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。 &joP-!"
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct k]~$AaNq
m[Mw2 F
template < typename T > G!lF5;Ad`
struct result_1 pl/ek0QX
{
I]BhkJ
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; I=
a?z<
} ; @mb' !r
t*`Sme]"B
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: eKf5orN
stiYC#b I:
template < typename T > AuZISb%6
struct ref \i\>$'f*z
{ #/HZ[Vw
typedef T & reference; 8Wgzca
Q*
} ; /T+%q#4
template < typename T > uvJ&qd8M
struct ref < T &> dA <_`GFR
{ JL>DRIR%NV
typedef T & reference; 00@F?|-j
} ; _7~q|
x=kJlGT
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: z m]R76
X"7x_yOZ
template < typename T > @!^Y_q
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const $k`j";8uR
{ &P"1 3]^@
return l(t) = r(t); Uyxn+j5
} 2sp4Mm
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 -)xl?IB%
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 (p]S
rV} 5&N*c
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 2*a9mi
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: | >'q%xK
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 pCC^Hxa
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Wr-I~>D%_
最后的布局是: X*9-P9x(6
Add Q$sC%P(y
/ \ q(A_k+NL
Divide 5 MhJA8|B6|
/ \ 5sNN:m
_1 3 "c.-`1,t
似乎一切都解决了?不。 |~&cTDd
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。 hBVm;`
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。 Fk9]u^j
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: f4&;l|R0a
yYSoJqj
Q
template < typename Right > DQ9aq.;
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ^%tn$4@@Z.
Right & rt) const %e)?Mem
{ 5\h 6'
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); yXqC
} y Pg0:o-
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ;Sg,$`]
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。 i0*Cs#(=h
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。 b"nkF\P@Fj
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。 ~z")';I|
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。 3Tp8t6*nL
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? *`LrvE@t
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: Mpco8b-b
G~ LQM
template < class Action > @"wX#ot
class picker : public Action /a)^)
{ LROrhO
public : P1Eg%Y6
picker( const Action & act) : Action(act) {} ^bfU>02Q6p
// all the operator overloaded Z
} ; 5evk_f
Zj_2B_|WN#
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。 L,ax^]
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: J^S!GG'gb
pred{HEye
template < typename Right > h:sf?X[
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Db;>MWt+e
{ '-Oh$hqCx|
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); U#Iwe=
} ovdaK"q2
)1gT&sU