一. 什么是Lambda u69UUkG
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 #;[0:jU0
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, esiU._:u
jF-:e;-
9}wI@
43 vF(<r&f
class filler ..kFn!5(g
{ +MZI \>
public : D;&\)
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} G^sx/H76J
} ; Xs{PAS0
_7z]zy@PC5
{O:{F?
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: aGd
wuD
j1;<3)%0
DRpFEWsm
>F>VlRg
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); km*Y#`{
hVz] wKP
"O'c.v?{x
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 182g6/,
O/U? Wq
HSWki';G
{+m8^-T
二. 战前分析 UEx13!iFo
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。 1>uAVPa
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 -g."{|
TQu.jC
=w* 8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); =;4K5l{c
/* --------------------------------------------- */ 1c{m
rsB
vector < int *> vp( 10 ); }N}Js*
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 2-DG6\QX|
/* --------------------------------------------- */ IG{lr
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 'A>?aUq]:
/* --------------------------------------------- */ nU' qE
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); DS;\24>H
/* --------------------------------------------- */ `KtP;nG
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); )Q62 I\
/* --------------------------------------------- */ s=]NKJaQH
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); b*Q3j}c Z
$/lM %yXe
D;s%cL`
`#'j3,\6
看了之后,我们可以思考一些问题: wAw1K 2d
1._1, _2是什么? .'&pw}F
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 c:e3hJ
2._1 = 1是在做什么? PZQAlO,
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ^.R!sQ
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 eKy!Pai
w\MWr+4
4/%fpU2
三. 动工 h=S7Z:IaM
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: W+GC3W
Vz$xV!
,p3]`MG
X4]miUmh
template < typename T > eAo+w*D(
class assignment m 94PFD@N
{ Q=8YAiCu
T value; bf@g*~h@
public : 78{9@\e"0
assignment( const T & v) : value(v) {} 4BUG\~eI3
template < typename T2 > n?nzm "g
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } v$0|\)E)
} ; "{r8'qn
4b[bj").A
%L^( eTi[
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 h]h"-3
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment g5y`XFY
Wlxmp['Bh
@I-,5F|r
z bYv}q
class holder }A+ncabm
{ "T_9_6tH
public : a7c`[
template < typename T > /='0W3+o*L
assignment < T > operator = ( const T & t) const U+*l!"O,
{ VsJ+-IHm
return assignment < T > (t); ~N i
} z]r'8Jc
} ; v@|<.
~h_
_Y>
u.|%@
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: \wD/TLS}
CV\^gTPmx
static holder _1; :>.{w$Ln%
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 nKzm.D gt_
%-yzU/`JF
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ; ?f+
而不用手动写一个函数对象。 o S= !6h
4VZI]3K,
,+
G
Nd]F 33|X
四. 问题分析 g3c<c S^l
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。
t1YB
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 @]%eL
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 triU^uvh
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 {Y@shf;
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ~9 .=t '
7tXy3-~biz
五. 问题1:一致性 'bJGQ[c
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| Bkd$'7UT
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 e)wi}\:q_
_$96y]Bpi
struct holder ed`"xm
{ \894Jqh
// #?Kw
y
template < typename T > U!o7Nw@z
T & operator ()( const T & r) const ;.Bz'Q
{ pdRM%ug
return (T & )r; ?/OF=C#
} b"A,q
} ; 0t?o6e
o3dqsQE%
这样的话assignment也必须相应改动: )][U6 e
Ny2
Z
<TW
template < typename Left, typename Right > _i {Y0d+
class assignment zawu(3?~)5
{ Rpg g
:
Left l; !nSa4U,$w<
Right r; 8j;Un]
public : e?.j8Q~
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} X#t tDB
template < typename T2 > 9 Gd6/2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } >lV,K1Z
} ; salC4z3
ySr,HXz
同时,holder的operator=也需要改动: EW*sTI3
v1 8<~
template < typename T > %jzTQ+.%]^
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const n#g_)\
{ A:< %>
return assignment < holder, T > ( * this , t);
kScZP8yw
} KE3`5Y!
g %mCgP
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。 e&;e<6l&{
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 n7fhc*}:`
!CUl1L1DSi
return l(rhs) = r; 8{jXSCP#
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。 dhtH&:J<;
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Q4m>
3I
4j=3'Z|
template < typename Tp > M5h
r0R{
class constant_t IFTNr2I
{ 20V~?xs~
const Tp t; = g{I`u
public : %PYO9:n
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} :s_>y_=g
template < typename T > K>DN6{hnV;
const Tp & operator ()( const T & r) const Cq!eAc
{ FE\E%_K'n7
return t; kw$7G1Q
} ~{I.qv)>M~
} ; d <}'eBT'
kM506U<g
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 TI DgIK
下面就可以修改holder的operator=了 vW=-RTRH
Qp:I[:Lr;
template < typename T > xn3 _ED
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const i]r(VKX
{ )$:1e)d
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); pq{`WgA^
} Rlewp8?LB
!:|*!
同时也要修改assignment的operator() ?gMx
`f>!/Zm%9
template < typename T2 > Q-w# !<L.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } X}k;(rb
现在代码看起来就很一致了。 VO:4wC"7
@q'kKVJs
六. 问题2:链式操作 syR"p,3EC
现在让我们来看看如何处理链式操作。 RE;A0E_3
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。 0(7 IsG=t
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。 >}V?GK36
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。 tVRN3fJH
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct `3F#k[IR
/Sj~lHh
template < typename T > +]%S}<R
struct result_1 T'5{p
{ |Mq+QDTTw~
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; G\gjCp?!
} ; TN0KS]^A3
O=2|'L'h!
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: C#U(POA
qi4P(s-i
template < typename T > vUpAW[[
struct ref g0grfGo2p
{ H.ZIRt!RB
typedef T & reference; ^&?,L@fW
} ; gyvrQ, u
template < typename T > ,0! 2x"Q=
struct ref < T &> v1:.t
{ +yP!7]
typedef T & reference; ~*Y#Y{
} ; FW |&
iS$
u(f
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: jA{5)-g
dQj/Sr
template < typename T > i5}Z k r
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const DO:,PZX
{ J9mK9{#q
return l(t) = r(t); <T_3s\
} bTD?uX!^@
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。 cT'Bp)a
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 XGSFG~d
072C!F
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 IA` voO$
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 8TP$ ?8l
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 )=~&l={T
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 NpH8=H9
最后的布局是: 0zr27ko
Add A"JdG%t>.h
/ \ fa/S!%}fO
Divide 5 \(\a=
/ \ EwPrh
_1 3 &ys>z<Z
似乎一切都解决了?不。 Q>{$Aqc,e
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 c| ?(>
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 ~tp]a]yV
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: uos8Mav{E
]@$^Ju,
template < typename Right > cLZ D\1Mt
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const P=n_wE
Right & rt) const Yqs=jTq`{
{ c<$<n
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); *igmi9A
} T3{O+aRt
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 TWRP|i!i
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 RCR= W6
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 "h+Z[h6T
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 &O'W+4FAc
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 s/"bH3Ob9v
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? H a!,9{T
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: M/<ypJ
jR/Gd01)
template < class Action > w5m/[Z
class picker : public Action f]NLR>$L}
{ 8oX1 F(R
public : ]\M{Abqd{
picker( const Action & act) : Action(act) {} VIp|U{
// all the operator overloaded 9mi@PW}1
} ; ]U>MYdGWb
Ypyi(_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。 oYu xkG
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: O=o}uB-*6
IBT>&(cnV
template < typename Right > T)zk2\u
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const l?m"o-Gp3
{ =!\Nh,\eQ
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); #p(gB)o:l
} Xw4Eti._D
\ja6g
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > .\XRkr'-
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。 hV7EjQp
|
1B0
template < typename T > struct picker_maker #*.!J zOg
{ ^OY$
W
typedef picker < constant_t < T > > result; }WsPu o
} ; M}|(:o3Yo
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 07.p
{X R
{ [edF'7La
typedef picker < T > result; eHgr"f*7
} ; CF;Gy L1M
{I{ 0rV
下面总的结构就有了: 3WwS+6R
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。 >j?5?J"
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。 ;dzy5o3
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 !BoGSI
至此链式操作完美实现。 \g34YY^L3
)g:5}+
mV^w|x
七. 问题3 M XG>|
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。 o26Y}W
0C<\m\|~k
template < typename T1, typename T2 > 85E$m'0O
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const vU>^
{ 0fqcPi
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); q'jOI_b
} e i=
4u'
j3sz"(
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: (pELd(*Ga
,buX|
template < typename T1, typename T2 > IUOf/mM5
struct result_2 MD[hqshoh
{ F8w7N$/V",
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; {7e(0QK
} ; FS"Ja`>j~
I=L["]
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? 0ca0-vY
这个差事就留给了holder自己。 mlByE,S2E
$oW=N
*B&P[n
template < int Order > 'dj3y/
k%
class holder; J`5VE$2M
template <> 4u5j
7`O
class holder < 1 > ]O|>nTa
{ 0/QDfA?
public : >v,X:B?+FL
template < typename T > od!44p]
struct result_1 7@{%S~TN
{
hlVC+%8
typedef T & result; b()8l'x_|K
} ; wiI@DJ>E
template < typename T1, typename T2 > ^y>V-R/N
struct result_2 g=td*S
{ M{L<aYe
typedef T1 & result; 0L>3i8'
} ; @ 51!3jeu
template < typename T > Oem1=QpaC
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const URVW5c
{ 'pA%lc)
return (T & )r; P"7` :a
} x)?V{YAL
template < typename T1, typename T2 > n~0wq(8M
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const />xEpR3_A
{ a@? $#>
return (T1 & )r1; F.TIdkvp
} 1XN%&VR>^D
} ; O+-+=W
fS}Eu4Xe
template <> ](oeMl18R
class holder < 2 > t M5(&cQ!d
{ z
4}"oQk:r
public : *$7^.eHfdd
template < typename T > %ZRv+}z
struct result_1 Z*Ffdh>*:&
{ :+YHj)mN
typedef T & result; Q^{TcL8
} ; g(P7CX+y
template < typename T1, typename T2 > /,I?"&FWc
struct result_2 u4lM>(3Y}
{ ^fKKsfIf
typedef T2 & result; .yF-<Y
} ; n*GB`I*g
template < typename T > MO~T_6
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ywm"{ U?8
{ ;FlDRDZ%
return (T & )r; `_yksh3zL4
} og$dv
23
template < typename T1, typename T2 > igOX 0
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const _U*R_2aV
{ ,%yC4
return (T2 & )r2; +!@xH];
}
h6~xz0,u
} ; =)y$&Y