一. 什么是Lambda Cq;d2u0)o$
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ygt)7f5
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, >]8.xkQq
X{9o8
*V
1Z8oN3
]
Nipo'N;
class filler aZ`agsofk
{ ;@~*z4U
public : :Xh`.*{EX
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} QC,(rB
} ; KdsvZim0>
"e<.
n
l?_!eA
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: \RyA}P5S
-wMW@:M_
b)^ZiRW``
-GVG1#5
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); HW Os@!cL
[qMdOY%jx
?4Juw?
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 "m;]6B."
%v:h]TA
K/m)f#
)0MshgM
二. 战前分析 z>;+'>XXgx
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。 L b;vrh;A
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 wNhR(M7
rss.F3dK
1t=X: ]0j
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); dU^<7 K:S
/* --------------------------------------------- */ ATp 6-
vector < int *> vp( 10 ); 4 xzJql
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); r;8z"*
/* --------------------------------------------- */ N@a'd0oTd
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); |ZlT>u
/* --------------------------------------------- */ 166c\QO
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); !H=k7s
/* --------------------------------------------- */ .|`=mx
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); >=:T
ZU
/* --------------------------------------------- */ C-^%g[#
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Z1&GtM
[Fj+p4*N
9|A-oS
&ntP~!w
看了之后,我们可以思考一些问题: |
8Egw-f
1._1, _2是什么? bRz^=
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。 RXS| -_$
2._1 = 1是在做什么? sxwW9_C
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。 }Rxg E~F
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。 Ss! 3{VW
gLMea:
Rue|<d1
三. 动工 ^WW|AS
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Q1\k`J
$"{3yLg
zQ %z"tQ
2*wO5v
template < typename T > <i\zfa'6
class assignment 'Mx K}9
{ 7r[%|:
T value; bNpIC/#0K
public : 'L|GClc6)
assignment( const T & v) : value(v) {} 'S4EKV]
template < typename T2 > ^~<Rz q!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } RzJ}C T
} ; p6y0W`U
qTh='~m4[
ka)LK@p6
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ^ lc}FN
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment :`u&TXsu
K[>@'P}y
Ld3Bi2d|
lH@E %
class holder hN:F8r+DG
{ 5ZyBP~
public : ) UDJ[pL@
template < typename T > avt>saR
assignment < T > operator = ( const T & t) const x+y!P
{ *(&ClUQQ
return assignment < T > (t); "i{_<;p O
} ^A"lkV7
} ; }#W`<,*rL.
>6l ;/J
,rB9esxic
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 8Z4?X%
P-OPv%jyi
static holder _1; S|q!? /jqj
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 *&dW\fx
q]i(CaKh
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); P
5qa:<
而不用手动写一个函数对象。 9oz (=R
<K#'3&*$s
(4/]dTb
W93JY0Ls9|
四. 问题分析 &I}T<v{f
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。 3q|cZQK!1
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。 >4|c7z4
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 lKV\1(`
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 kBiBXRt
下面我们可以对这几个问题进行分析。 l'7Mw%6{
*L;pc g8{
五. 问题1:一致性 U.hERe~X
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?| P7wqZ?
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。
>)n4sMq
aq0iNbv@
struct holder s@ 20#D
{ ^?s~Fk_V
// R7B,Q(q2-
template < typename T > :e&n.i^
T & operator ()( const T & r) const 5Q$r@&qp
{ KM6N'x ^z
return (T & )r; Y1fy2\<'
} 5&?KW)6 Rz
} ; (3N"oE.b]
[<Os~bfOv
这样的话assignment也必须相应改动: ia^%Wg7
5qd_>UHp
template < typename Left, typename Right > XYb^Cs;
class assignment ksu}+i,a
{ '6o`^u>
Left l; hEv=T'*,K)
Right r; 'wz\tT ^
public : o=-Vt,2{
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} b\?7?g
template < typename T2 > ljYpMv.>xG
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } . Z*j!{@c
} ; #
cN_ y
_)zmIB(}m
同时,holder的operator=也需要改动: ~&DB!6*
a/QtJwIV
template < typename T > /UpD$,T|^|
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ~MhgAC
{ +HOCVqx
return assignment < holder, T > ( * this , t); :WK"-v
} _(oP{wgB
mvHh"NJ
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。 :Su #xI
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 P.LuF(?$
kqKj7L
return l(rhs) = r; lh\ICN\O
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。 G`]v_`>
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: )D["M$ZA^
af<NMgT2s~
template < typename Tp > IpWy)B>Fl3
class constant_t j{{~Z M
{ t['k%c
const Tp t; 'dIX=/RZ
public : ;-KAUgL2
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} >d8x<|D
template < typename T > b^[W_y
const Tp & operator ()( const T & r) const G$;]
?g
{ M5GY>3P$c
return t; f0uUbJ5
} #`jE%ONC
} ; jl.okWuiY
]#Vo}CVP
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 bBUbw *DF)
下面就可以修改holder的operator=了 lAdDu
1B)Y;hg6&
template < typename T > TL},Unq
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const PIZ
C;K4|
{ &1z)fD2
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); M}Nb|V09
} $!YKZ0)B'0
0'?V|V=v
同时也要修改assignment的operator() 7FmbV/&c
qwq/Xcv
template < typename T2 > .i {>Z
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } .FIt.XPzv
现在代码看起来就很一致了。 lLuID
f._l105.
六. 问题2:链式操作 =n@F$/h
现在让我们来看看如何处理链式操作。 D
JLi ZS
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。 vkd[:CC
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。 B4]AFRI
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。 ,CJAzGBS
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct )W&o?VRfO
GWF/[%
template < typename T > qbS'|--wH
struct result_1 &/Eg2
{ Lw*;tL<,
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 9[cp7 Rcb
} ; uYFMv=>j
%1Bn_
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: [Q4_WKI0T
wYZT D*A2h
template < typename T > C=fsJ=a5;
struct ref Z?m
-&%
{ 3gb|x?
typedef T & reference; J+Q+&-a
} ; P!kw;x
template < typename T > lj.nCV_
struct ref < T &> q=|R89
{ H@V 7!d
typedef T & reference; s K+
(v
} ; r& vFikIz
IQ ){(Y
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: nD7|8,'
gks ==|s.
template < typename T > bf& }8I$
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const _p\629`
{ &!ED# gs
return l(t) = r(t); ?2{bKIV_
} z< z*Wz
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。 0y)}.'
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 o4$Ott%Wm
gfi
AK%
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 KX!i\NHz
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 6gXIt9B.h$
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 w{pUUo:<
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 <lUOJV{&\
最后的布局是: _`H.h6h
Add K&*iw`
/ \ z9[[C^C
Divide 5 [+;qWfs B
/ \ {@?G 9UypA
_1 3 Ck: 9gn
似乎一切都解决了?不。 X*i/A<Y`=
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。 t)` p@]j
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。 :z]}ZZ
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: ?AEd(_a!q
-;^;2#](g
template < typename Right > nSS>\$
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const OB(pIzSe
Right & rt) const h;-a`@rO ;
{ ;x-(kIiE
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); #? dUv#
} f\fdg].!
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 |'tW=
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。 moMYdArj
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。 L'lF/qe^
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。 "< v\M85&
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。 ['z!{Ez
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? d{f@K71*
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: -T7%dLHY
b/t
template < class Action > } ^i b
class picker : public Action -_NC%iN#C
{ =VNSiK>F
public : l[ne/O
JJ
picker( const Action & act) : Action(act) {} Ir5WN_EaS
// all the operator overloaded %JtbRs(~q
} ; 1"}cdq.
Z?oG*G:
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。 9}5K6aQ
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: CswE
in<}fAro6
template < typename Right > R[LsE^
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const )t:7_M3
{ sc W'AJJq
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Bd@'e7{
} 3J{vt"dS
ZQ3_y $
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Jic}+X*0
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。 {^5?)/<
G/vC~6x
template < typename T > struct picker_maker m#f{]+6U
{ RW_q~bA9
typedef picker < constant_t < T > > result;
1S0pd-i
} ; 4,G w#@
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > |ETiLR=&
{ >E:<E'L
typedef picker < T > result; ,Ol ( piR
} ; \hlR]m!C
/-4$7qd
下面总的结构就有了: oE?QnH3R
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 aQ#qRkI
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 S:q$?$
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 [3N[i(Wlk
至此链式操作完美实现。 &3Z?UhH
at6149B\)
#`;/KNp 9
七. 问题3 WZZ4]cC
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。 iWE)<h
-Xz&}QA
template < typename T1, typename T2 > 5l DFp9
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const RKZ6}q1n
{ x0Yse:RE^
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); S[,8TErz
} |.P/:e9
Fl3#D7K
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: WKmbNvN^
W0XF~
template < typename T1, typename T2 > Xf
d*D
struct result_2 ,e`'4H
{ -?6MU~"GK
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; PXzT6)
} ; !:CJPM6j3
vyI%3+N@
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? ,RxYd6
这个差事就留给了holder自己。 pFsc}R/0/8
&\C [@_
93O;+Z5J
template < int Order > (*\jbK
class holder; i)ASsYG!
template <> k~3.MU
class holder < 1 > in-C/m#
{ Q;u SWt<{
public : ]3Dl)[R
template < typename T > ,xI%A,
(,;
struct result_1 'b/<