一. 什么是Lambda H_Yy.yi
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 =YBJ7.Y
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, v7-'H/d.
qrdI"
;dnn
2)m
#[8gH>7
class filler R8E<;^?j
{ L%DL
n
public : i0P+,U
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} "YBA$ef$
} ; _C4^J
IO+z:D{
U;31}'b
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: bMZ0%(q
OjHBzrK
!\m.&lk'^
PQK_*hJG"
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); dx~Wm1
Kk,->q<1
9T]]T Ev4
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 \S9z.!7v$
#O~Y[''C5X
Bw$-*FYE
ns3k{l#
二. 战前分析 Xk3Ufz]QN
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 l*eA
?Qz
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 @6E[K'5c1
s2E}+
#
kxP6#8*:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); yU\|dL
/* --------------------------------------------- */ jC
oZm(bi
vector < int *> vp( 10 ); M;E&@[5
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); I9MI}0}7
/* --------------------------------------------- */ %nIjRmqM~
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); oeIS&O.K
/* --------------------------------------------- */ 9we=aX5
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); rEViw?^KT
/* --------------------------------------------- */ S.I<Hs
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); <[q)2 5RL
/* --------------------------------------------- */ A-~)7-
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); gp}S 1
k4@GjO1"$
(X8N?tJ
L]VK9qB
看了之后,我们可以思考一些问题: }N[sydL
1._1, _2是什么? 7+c@pEU]
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。 r'8e"pTi
2._1 = 1是在做什么? 3S,pd0;
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。 ex['{|a{
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。 kSDV#8uZ
`XD$1>
q<1@ut
三. 动工 K,R Ia0)
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: D,7! /u'
#8`G&S*
R'F|z{8
cr!I"kTgD
template < typename T > QEVjXJOt0
class assignment R =jK3yfw
{ AkF1Hj
T value; )KNFS,5
public : 7}*5Mir p
assignment( const T & v) : value(v) {} $OJ*Kul
template < typename T2 > ed{9UJWh
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } XH. _Z
} ; HqbTJ!a
LP87X-qkjW
9=/8d`r
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 WgIVhj
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment V=c&QPP
f="}.
;9^B# aTM
0e:aeLh
class holder 6(z.(eT
{ ]*@7o^4i
public : Kq1sGk
template < typename T > |9g*rO
assignment < T > operator = ( const T & t) const U3Q'ZT
{ )yK!EK\
return assignment < T > (t); Wc)^@f[~<
} Uq&|iB#mF
} ; X:dj5v
Y8P
+EFurdX\
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: []Z6<rC|
3w-0v"j U
static holder _1; c>^_4QQ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 \/5 8#
:S%|^QAN
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); w90y-^p%
而不用手动写一个函数对象。 "?Y0Ng[
S`-z$ph}
A(C3kISM
|.,yM|
四. 问题分析 E/am^ TO`
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。 <l\FHJhjq
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。 K<t(HK#[
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 > {:8c-\2}
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 YRwS{e*u
下面我们可以对这几个问题进行分析。 :c6%;2
fN&O `T>
五. 问题1:一致性 ?{FxbDp>
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?| :O{ :;X)
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ]M2> %Dvw
TKmC/c
struct holder UqAvFCy
{ w0.#/6
// 0D\FFfs
template < typename T > f[z#=zv
T & operator ()( const T & r) const m{1By/U
{ >s{[d$
return (T & )r; lUp 7#q
} :gR`rc!
} ; <}e<Zf!
1mB6rp
这样的话assignment也必须相应改动: `aC#s3[
-j(/5.a
template < typename Left, typename Right > co;2s-X
class assignment \=QG6&_
{ SY)o<MD
Left l; ;mMn-+ 3<
Right r; C|>#|5XaF
public : %xY'v$
%
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} F:\y#U6"J
template < typename T2 > tvg7mU]l
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Yu8WmX,[
} ; Fa;CWyt
f",B;C
同时,holder的operator=也需要改动: iA:CPBv_mu
H
kg0;)
template < typename T > W}EO]A%f.\
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const $u` ;{8
{ YT-t$QyL
return assignment < holder, T > ( * this , t); "=Ziy4V
} 8]0R[kjD
,CCIg9Pt
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。 M#:Mwa$
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 3fGy
?.4u'Dkn=
return l(rhs) = r; Y#Hf\8r,d
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。 > sUk6Z~
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: al^ yCoB
_)p%
template < typename Tp > f'}23\>
class constant_t jdhhvoQ
{ ~#gVs*K
const Tp t; r<"1$K~Ka
public : =n;ileGm+^
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 5:YtBdP
template < typename T > 4YdmG.CU
const Tp & operator ()( const T & r) const /423!g0Q
{ :CV&WP
return t; u|Db%)[
} >0f5Mjug
} ; c|I{U[(U
xOS4J+' s@
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 LEk
W^Mv
下面就可以修改holder的operator=了 ^*Ca+22xO
af> i
template < typename T > b|4h2iuM
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const H1q>UU:
{ AN^;~m ^
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); K}Aaflq
} d`v]+HK
ty(F;M(
同时也要修改assignment的operator() cnI!}Bu
_7 n+j
template < typename T2 > >WDb89kC=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } q~a6ES_lA
现在代码看起来就很一致了。 &ts!D!Hj
S c@g;+#QU
六. 问题2:链式操作
}<XeZ?;
现在让我们来看看如何处理链式操作。 }n8,Ga%
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 `m3C\\9;
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 d]+g3oy
`
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 3{
`fT5]U
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct B:Msn)C~
sfx:j~bsL
template < typename T > QHA<7Wg
struct result_1 rU(N@i%
{ lQ@2s[
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; YsDn?p D@
} ; {-H6Z#b[
Rg'1 F
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: "bRck88V
8sE@?,
template < typename T > MT a.Ubs
struct ref
_ 57m] ;&
{ tz2`X V{
typedef T & reference; ='YR;
} ; y%iN9 -t
template < typename T > fU$zG"a_
struct ref < T &> taI])
{ HHT K{X+
typedef T & reference; 8r+R~{
} ; , Lhgv1
Rh,*tS
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: MX
qH
sexnO^s
template < typename T > Pgb<;c:4
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 1P&c:n
{ R$NH [Tz
return l(t) = r(t); pbAQf3
} *O+YhoR?
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 ,HR~oT^
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 x1wm ]|BIf
1 vi<@i,
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 0E{$u
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: {b} ?I4)
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 +d]}
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Trm)7B*
最后的布局是: ?GX5Pvg
Add Fj-mo>"
/ \ <?QY\wyikz
Divide 5 6]7iiQz"H
/ \ .#Z}}W#
_1 3 <(;"L<?D<C
似乎一切都解决了?不。 s+^YGB
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。 mJ[LmQ<:
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。 'V .4Nhd
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: $d4eGL2S
^[lg1uMW
template < typename Right > _qM'm^z5
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ;?bRRW
Right & rt) const *p p1U>,
{ pT:CvJ
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); &A]*"lt|w
} J3g>#N]='(
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 }G_ i+
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。 -N~*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。 PUF"^9v
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。 G23Mr9m5O
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。 [Kx_ %Le
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? 0}-&v+
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: zZGPA j
&KX|gB'
template < class Action > R2Lq,(@-
class picker : public Action v`bX#\It
{ )%f]`<