一. 什么是Lambda y& Gw.N}<r
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 /Ir 7
DZK
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, X]>[Qz)K^
]lC4+{V
<4S F~i
~n)]dFy
class filler gS0,')w
{ W>UjUq);
public : ">0 /8] l
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 9 ?[4i'
} ; rUhWZta
)Ep@$Gv|S
(p'/p
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: 0!)U *+j,
-U&098}<K
vHoT@E#}'
!k ;[^>
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ~6=Wq64
%,h!: Ec^c
~p0e=u
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 XP3QBq
"4k"U1
F5Cqv0HV
%YsRm%q
二. 战前分析 GWVEIZ
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 qsQ]M^@>
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 F\I5fNs@
#zh6=.,7
|2tSUOZ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); S;G"L$&\
/* --------------------------------------------- */ 75' Ua$
vector < int *> vp( 10 ); *(>F'>F1"
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 8yNRxiW:
/* --------------------------------------------- */ Z{j!s6Y@{
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); IhtmD@H}
/* --------------------------------------------- */ }C9VTJs|
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); &n,xGIG
/* --------------------------------------------- */ 0fEZD$
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); xow6@M,
/* --------------------------------------------- */ \r)_-
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); * <Nk%`
&C!g(fS
EVby 9!
n/,rn>k7:
看了之后,我们可以思考一些问题: :cIu?7A
1._1, _2是什么? ?^F*"+qI
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。 'lSnyW{
2._1 = 1是在做什么? #h}IUR
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。 OpbszSl"y
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。 h/fb<jIP1
$u(M 4(}
Mr@<ZTw
三. 动工 AiR%MD
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: D"1vw<Ak
Zi15wE
1D#T+t`[
KR+ aY.
template < typename T > 4C2>0O<^s
class assignment |~1rKzZwF
{ }Etd#">
T value; 10a=YG
public : =2GP^vh
assignment( const T & v) : value(v) {} D~t"9Z\
template < typename T2 > E#WjoIk
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } !ds"88:5^
} ; 1VPfa
:d:|7hlNQ
QqT6P`0u
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 &eLQ;<qO*|
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Hj-<{#,
;RTrRh0v
0|qx/xo|-
QZz{74]n
class holder TWD|1
di0
{ 3<Pyr-z h
public : bRY4yT
template < typename T > X8NO;w@z#
assignment < T > operator = ( const T & t) const Eusf gU:
{ K%.YNVHHC
return assignment < T > (t); xOX*=Wv
} .j]OO/,
} ; D{3 x}5
;NN(CKZ9A
2*3B~"
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: v\r7.l:hf
8kn]_6:3i
static holder _1; 071 E%u,
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 NC[GtAPD3
6O[wVaC1u
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); C$]%1<-Iv]
而不用手动写一个函数对象。 ,sQ0atk7ma
Ra15d^
2rE~V.)%
&d &oP
四. 问题分析 {O3oUE+
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。 yScov)dp(
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。 F"HI>t)>
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 0'`8HP
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 (Mire%$h
下面我们可以对这几个问题进行分析。 '"G
%0y
WP#_qqO
五. 问题1:一致性 ""U?#<}GD
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| t,r&SrC
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 8=zM~v)
p7ns(g@9
struct holder W@uH!n>k
{ \p=W4W/
// `!>dbR&1
template < typename T > ~_^o?NE,
T & operator ()( const T & r) const Yqz[sz5+m
{ }i/2XmA )
return (T & )r; c<t3y7
} qyG636i
} ; e8ig[:B>+
cM7k) {
这样的话assignment也必须相应改动: 1RUbY>K#U
9OO_Hp#|9
template < typename Left, typename Right > ^:rNoo
class assignment ,oi`BOh
{ wDC/w[4:
Left l; +e3WwUx
Right r; %?9r (&
public : ^Hhw(@`qf
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} )DZ-vnZ#t0
template < typename T2 > Lw+1|
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ^J}$y7
} ; ~m;MM)_V
+68K[s,FD
同时,holder的operator=也需要改动: +h vIJv ?
U(&nh?
template < typename T > '|A5a+[
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const =QKgsgLh
{ q9]^+8UP
return assignment < holder, T > ( * this , t); {ALBmSapK"
} A%czhF
yU8Y{o;:
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。 +]~w ?^h
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 UC
LjR<}
H*
L2gw
return l(rhs) = r; TWR#MVMI
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。 zl0:U2x7
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: _I}L$
cPBy(5^
template < typename Tp >
I~5fz4Q
class constant_t 2;(iTPz +
{ ,5+X%~'
const Tp t; /KvPiQ%
public : m+8b2H:V
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} xS\QKnG.
template < typename T > 0jZ{ ?
const Tp & operator ()( const T & r) const E["t Ccg
{ V<7K!<g)b
return t; eYSGxcx
} JW.&uV1Z
} ; wj:3
%LZM5Z^
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 VOK$;s'9}
下面就可以修改holder的operator=了 f;XsShxr
\t(r@qq
template < typename T > f]6`GsE
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const bz@=zLBt
{ 7'/2 :"
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); J]^gF|
} uV$d7(N}"
]\mb6Hc
同时也要修改assignment的operator() Fh4w0u*Q
].T;x|
template < typename T2 > yc4f\0B/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } h/bYtE
现在代码看起来就很一致了。 ?UhAjtYIS
W
me1w\0
六. 问题2:链式操作 }/}`onRZ
现在让我们来看看如何处理链式操作。 eHyuO)(xH1
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+u|MdOY\
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。 ez:o9)N4
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。 IV#My9}e
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ]}L1W`n
l
)V43
template < typename T > KXbYv62
struct result_1 f I-"8f0_
{ F$y FR
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; h \cK
} ; #cF8)GC
ao5yW;^y
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: ^V,/4u
E6-(q!"A
template < typename T > ?,e:c XhE2
struct ref Bv]wHPun
{ $>s@T(
typedef T & reference; G`lhvpifG
} ; Z q>.;>
template < typename T > QM=436fq
struct ref < T &> FT<*
{ z>g& ?vo2
typedef T & reference; Ywk[VD+.
} ; 5*za]
c(g^*8Pb
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: @O0vh$3t0
Uk ;.Hrt.
template < typename T > [a*>@IR
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ]BD5+>;
{ ~{$'s p0
return l(t) = r(t); (gC^5&11
} V+ ~2q=
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。 MCpK^7]k
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 @gGuV$Mw
^M5uLm-_s
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 "8TMAF|i4
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: rL/7wa
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 He;%6OG{
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 'eY[?LJ]U
最后的布局是: ddhTri'f
Add \iSBLU
/ \ ?G<IN)
Divide 5 v")
W@haU
/ \ %9)J-B
_1 3 %D0Ws9:|
似乎一切都解决了?不。 '=Y~Ir+
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 3o/a8
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 |i}g7
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: 7+r5?h|
-^Va]Lk
template < typename Right > ]-LE'Px|
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const RtQfE+
Right & rt) const .u3W]5M|
{
o*1`, n
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); {X"]92+
} j=QjvWD
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 &c ~)z\$
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 X^^ D[U
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 TL:RB)- <
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 h;[Ncj]
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 T=Q{K|JE
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? ,IATJs$E
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: hd%F7D5
)`7h,w
J[1
template < class Action > 5R
G5uH/-<
class picker : public Action dj**,*s
{ ]>T/Gl1
public : ZWEzL$VWi
picker( const Action & act) : Action(act) {} )
hB*Hjh
// all the operator overloaded <L#r6y~H
} ; t4f\0`jN
VO?NrKyeW
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 rrRC5h
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: "evV/Fg(
5LH ]B
template < typename Right > >9|+F[Fc
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const )Q?[_<1Y+
{ D$
z!wV
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); C}E
ea~
} %z(=GcWm
X/7 49"23
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > "!?Ya{
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。 d_B5@9e#
W)O'( D
template < typename T > struct picker_maker niBpbsO
{ L]")TQ
typedef picker < constant_t < T > > result; p4_uY7^6
} ; `"4EE}eQc
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > IDZn,^
{ (E[hl
typedef picker < T > result; xc3Q7u!|
} ; X[6z
Z`MQ+
下面总的结构就有了: 'J$NW
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 ![jP)WgF
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 v0H#\p
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 Pw.+DA
至此链式操作完美实现。 /RJSkF+!
3|3lUU\I
&t4(86Bmq
七. 问题3 Vd~k4
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 8=uljn/
0[Aa2H*
template < typename T1, typename T2 > mj~CCokF{?
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Y
[S^&pF
{ FFGTIT# {"
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); sBL^NDqa2
} ,_O[;L
{eV_+@dT
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: u1<kdTxA
N
[%:NR
template < typename T1, typename T2 > 1]~}0;,
struct result_2 a}\JA`5;)Z
{ -XB>&dNl)T
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 1qF.0
} ; XwMC/]lK<
d?.x./1[qi
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? R\?!r4
这个差事就留给了holder自己。 _Qas+8NW
24fWj?A| ^
{ q<l]jn9
template < int Order > v>R.ou(
class holder; =c'LG
template <> A:Z:&(NtE:
class holder < 1 > &5<lQ1
{ #$E
vybETx
public : ,5:86'p
template < typename T > +0DIN4Y(4
struct result_1 ~JiA
{ _u;
UU$~
typedef T & result; HL]?CWtGP
} ; xm5D$m3#
template < typename T1, typename T2 > P2kZi=0
struct result_2 huIr*)r&p
{ ~5b %~:
typedef T1 & result; 107SXYdhI
} ; wd *Jq
template < typename T > E3qX$|.$/
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ~MX@-Ff
{ ^y,ip=<5\3
return (T & )r; 3ssio-X
} P.0-(
template < typename T1, typename T2 > `Ii>wb
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const .wywO|
{ *RO ~%g
return (T1 & )r1; [A47OR
} sh1fz 6g
} ; j06DP _9M
?}.(k/
template <> {U9jA_XX
class holder < 2 > Df9}YI;?
{ 57r)&8
public : .IgQn|N
template < typename T > jQhf)B
struct result_1 03PVbDq-
{ =Ao;[j)*!
typedef T & result; I~I%z'"RQd
} ; F
7=-k/k
template < typename T1, typename T2 > -uZ^UG!K
struct result_2 ~+F: QrXcI
{ {mDaK&]Oh
typedef T2 & result; 5V0=-K
} ; V4>P8cE
template < typename T > 6`i'
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const @tA.^k0`
{ S^u!/ =&
return (T & )r; v3p..A~XZ.
} j.K yPWO
template < typename T1, typename T2 > ,\M'jV"SK
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ?g&]*zc^\
{ {SJLM0=Z
return (T2 & )r2; c?d#Bj ?
} TJ<PT
} ; ?cJ$=
jL# ak V
*=8)]_=f
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 +2?[=g4;}
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: ?/\;K1c p
首先 assignment::operator(int, int)被调用: C"}x=cK
xl3U
return l(i, j) = r(i, j); !l~hO
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) :1iw_GhJf
O]>Or3oO
return ( int & )i; km^AX:r1
return ( int & )j; z(ajR*\#
最后执行i = j; B@4#y9`5
可见,参数被正确的选择了。 E_OLf%um
x[X.// :
D7@10;F}[
u0,~pJvX
`'>>[*06:a
八. 中期总结 La!PGZ{
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: }MX`WW0\]Z
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 ~?p
> L
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 ms$o,[
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor %wO~\:F8
X}ZOjX!
1li`+~L
F
(#:Si~3
;9~z_orNQZ
}yw\+fc
九. 简化 {*2A%}S
很明显,要支持一个操作符所要做的工作太多了,而且在每个functor中申明result_1至result_n,可见如果n发生变化,维护的开销极大。 I4*N
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 ^Iz.O
首先,我们注意到result_x的形式很统一。对于各种操作符,其返回值无非下列几种: }XUHP%
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 ?:ZH%R_`a
+-*/&|^等 ;(sb^O
2. 返回引用。 X:Zqgf
=,各种复合赋值等 [H&m@*UO
3. 返回固定类型。 ; ^$RG
各种逻辑/比较操作符(返回bool) |!|`Je3 K
4. 原样返回。 0K!9MDT}*
operator, yP-Dj
,
5. 返回解引用的类型。 I}:/v$btM
operator*(单目) *n47.(a2i
6. 返回地址。 97g\nq<
operator&(单目) 'fB `e]_
7. 下表访问返回类型。 wK3}K
operator[] V*?,r<