一. 什么是Lambda >{/As][
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ,q_'l?Pn
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, :6h$1
+6
J~jxmh
322)r$!"
}8lvi
vR4
class filler 1&7~.S;km
{ -=;V*;
public : _R/^P>Q?
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} .
W7ZpV
} ; fCMFPhF
heizO",8.&
KzgW+6*G
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: dx.,
M'(4{4rC
Ng Jp2ut
hwD;1n
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 6cQ)*,Q
'ptD`)^(
T> < Vw
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Q85Y6',
[\_#n5
b '9L}q2m
9e aqq
二. 战前分析 V
eD<1<
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。 I38j[Xk
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 {.HFB:<!}
,)svSzR
]QqT.z%B
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); O,D/&0
/* --------------------------------------------- */ \c1NIuJR
vector < int *> vp( 10 ); 178u4$# b
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); >du _/*8:
/* --------------------------------------------- */ \>7hT;Av=G
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); hRc.^"q9
/* --------------------------------------------- */ Y-ZTv(<
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Bu{1^g:
/* --------------------------------------------- */ X:/Y^Xu
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 6he (v
/* --------------------------------------------- */ l<DpcLX
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); bP+b~!3
L_~vPp
hQFF%xl
N!=$6`d
看了之后,我们可以思考一些问题: `i"7; _HoV
1._1, _2是什么? ^q@6((O
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 )@hG #KMK
2._1 = 1是在做什么? ^Gt9.
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 n !oxwA!
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 Cg]Iz<<bE
MYk%p'
GEd JB=
三. 动工 e/J|wM9Ak
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: x$gVEh*k
jmkVolz
~N!-4-~p
Cju%CE3a
template < typename T > Jx-dWfe
class assignment ",Ge:\TR=
{ uG:xd0X+W
T value; QPZ|C{Ce
public : Vmb `%k20'
assignment( const T & v) : value(v) {} p$+.]
template < typename T2 > OZCbMeB{+J
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } IPTEOA<M[
} ; q\I2lZ
9FKowF_8
W]aX}>0
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 jn:9Cr,o;g
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ^6?)EM#
J|gRG0O9Ya
sfUKH;xC
>P_/a,O8
class holder [m+):q^
{ $TK<~3`
public : ? 3'O
template < typename T > W&'[Xj
assignment < T > operator = ( const T & t) const ;5.S"
{ M~SbIk<#a<
return assignment < T > (t); z{uRqAG
} @TqqF:c7
} ; ]hC6PKJU
qVe&nXo
MEled:i
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: >I&'Rj&Mc
3{/Y&/\"'^
static holder _1; 6
h%%?
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 8~6H\.0Q
h!4jl0oX]
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 2g`<*u*
而不用手动写一个函数对象。 qTV;L-
->q^$#e
*$6dN x
wBaIN]Y,
四. 问题分析 dPx{9Y<FzU
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。 rd\:.
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。 iQ7S*s+l5O
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 56JvF*hP
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 LagHzCB
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ,+mH1#-3
by0@G"AE+
五. 问题1:一致性
#l<un<
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?| 9irT}e
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 %j7HIxZh
jVxX! V
struct holder lq[o2\
{ UFOUkS
F
// lBN1OL[N
template < typename T > \YN(rD-
T & operator ()( const T & r) const 6_vhBYLf
{ w1 5QqhlK
return (T & )r; UifuRmn
} $sa5aUg }
} ; f*tKj.P
piPx8jT`F
这样的话assignment也必须相应改动: }s>.Fh
,%!E-gr
template < typename Left, typename Right >
,fR /C
class assignment n5e1ky*9w
{ AJWV#J%nB
Left l; ]@G$L,3
Right r; ~;ZT<eCIA
public : D$&LCW#x
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} /jB0
template < typename T2 > >r8$vQ Gj
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } -]$=.0 l
} ; S9@2-Oc
6vL+qOd x
同时,holder的operator=也需要改动: !L|PDGD
<^v-y)%N:A
template < typename T > |OarE2
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const T^F9A55y
{ LF?MO1!M
return assignment < holder, T > ( * this , t); {S*:pG:+q
} Q}(D^rGP3
;"T,3JQPn6
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。 7!kbe2/]'
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 <JkmJ/X
}u9wD08x
return l(rhs) = r; 'qt+.vd
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。 fHc/5uYW
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ;mtv
)o\U4t
template < typename Tp > k'b'Ay(<
class constant_t TLWU7aj&!
{ IJ zPWs5W:
const Tp t; 1O@y
>cV
public : ;:l>Kac
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 1*vt\,G
template < typename T > wB0Ke
const Tp & operator ()( const T & r) const YVT\@+C'
{ %!HBPLk
return t; 4Y!_tZ>
} ;G\RGU~
} ; -NuRf#
*<rBV`AP
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 n `Ry!
下面就可以修改holder的operator=了 UX!)\5-
zmdu\:_X9
template < typename T > ckCb)r_
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const oe,37xa4
{ 2Ysl|xRo
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ZBcT@hxm
} @b2JR^
VHlo}Ek<#
同时也要修改assignment的operator() `j1(GQt
?V>{3
template < typename T2 > !^m,v19Ds<
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } S(MVL!Lm
现在代码看起来就很一致了。 x}(p\Efx
=(%+S<}
六. 问题2:链式操作 %hO/2u
现在让我们来看看如何处理链式操作。 '"~ 2xiin
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。 U|!L{+F
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。 WAWy3i
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。 T
7EkRcb
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct stcbM
d|Q_Z@;JF
template < typename T > |',$5!:0O
struct result_1 H}}g\|r&
{ %"{jNC?
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; n k@e#
} ; sn=_-uoU
_A5.
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: IN#Z(FMVC
X@cO`P
template < typename T > 2F-
]0kGR|
struct ref ^9wQl!e
ob
{ f.X<Mo
typedef T & reference; e/*T,ZJ
} ; 8 "5^mj
template < typename T > %V2A}78
struct ref < T &> hErO.ad1o
{ [\ALT8vC?m
typedef T & reference; E%tGwbi7
} ; 8IrA{UU
b0n " J`
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: %M
KZ':m
I%qZMoS1h
template < typename T > Kp.d#W_TX
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const y?4%eD
{ 0ghW};[6
return l(t) = r(t); $Lx2!Zy
} Bk)*Z/1<x
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 [<H'JsJl
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 |^!
GR ^d/
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 \cKY{(E
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: FvTc{"w /
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 }63Qh}_Y
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 &]xOjv/?
最后的布局是: U`w `Cr
Add ^w1&A3=6
/ \ `of`u B
Divide 5 i=mk#.j~
/ \ m(6SiV=D9
_1 3 ?9I=XTR
似乎一切都解决了?不。 c"H59 jE
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 8a}et8df:
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 )CAEqP
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ~EJ+<[/
We51s^(
template < typename Right > qS.TVNZ
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Q#a<T4l
Right & rt) const I(2qXOG
{ Y(D&JKx
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); qzbpLV|
} :\sz`p?EC
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 c@&-c [k^W
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 rz'A#-?'oG
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 IA$)E
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。 %40uw3
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。 BZr$x8%ki
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? ecg>_%.>
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: k.MAX8
MfJ8+3@K
template < class Action > N u]&?
class picker : public Action &R7N^*He
{ \f6@B:?y
public : t<