一. 什么是Lambda U]ZI_[\'U
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 "\M3||.!
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, "tj]mij2)G
[.;8GMW
cl M6R
-&QpQ7q1
class filler NI C.c3
{ ;:bnLSPo
public : $us7fuKE
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} lH"VLO2l
} ; 1W9uWkk_d
9FF
^a#W|-:
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: 4hn'b[
RVpo,;:
a!PN`N28
} OkK@8?0O
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); /EL3Tt
?Uhjyi
9v7}[`^
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 >-(,BfZ
2F ~SH
,rhNXx
%B| Ca&
二. 战前分析 <S0gIg`)
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。 NF7+Gp6?q
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 $@[Mo
R5<:3tk=X
d2g7,axi
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); '/Xm%S
/* --------------------------------------------- */ gNh4c{Al9
vector < int *> vp( 10 ); yQC8 Gt8
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); jW}hLjlN
/* --------------------------------------------- */ mf2Qu
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); cn'rBY
/* --------------------------------------------- */ XZ/cREz^s
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ^5-SL?E
/* --------------------------------------------- */ /)r[}C0
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); (T",6 xBSG
/* --------------------------------------------- */ ZrWA,~;
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 0EC/l
OS
Vj[,o
Vt$
i\{fM}~W$
lK#uyag
看了之后,我们可以思考一些问题: T lB+
tV>
1._1, _2是什么? 0'R}'
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。 AQ,%5MeqJ
2._1 = 1是在做什么? w X.]O!^X~
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。 `V?NS,@$
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。 M|7{ZE`Y
r<"k
/
pAcu{5#7
三. 动工 ~B`H5#
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 1*B'o<?P1
.L_ Hk
$XFFNE`%
p{w;y6e
template < typename T > ,){WK|_
class assignment &GI'-i
{ RP6hw|
T value; w.Go]dpK
public : 1xU)nXXb
assignment( const T & v) : value(v) {} W1O Y}2kj
template < typename T2 > et`rPK~m
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } r#^uY:T%
} ; gE6{R+sp
B)Dsen
(KT+7j0^
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 =5g|7grQ:`
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment tU>4?`)E
{z8wFL\
]?hlpL
!]P=v`B.
class holder ='HLA-uT
{ g"D:zK)
public : 37|EG
template < typename T > :tLMh08h
assignment < T > operator = ( const T & t) const e`%<D[-
{ ZZW%6 -B
return assignment < T > (t); hj3wxH.}
} iD:TKB_r
} ; 8{p#Nl?U1
kT&GsR/
?O/!pUAu
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: /Fp@j/50
_;G|3>5u
static holder _1; e]smnf
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 6+yA4pRSd
SCXtBZ`.G
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Q% J!
而不用手动写一个函数对象。 <GoZ>
tnw6[U!rh=
CSMx]jbb
[3(lk_t
四. 问题分析 R9%"Kxm
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 N1'$;9 c
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。 '6Yx03t
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 us^J!
s7
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 c nV2}U/\
下面我们可以对这几个问题进行分析。 '_o(I
$(pVE}J
五. 问题1:一致性 6/L34VH
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| q]m$%>
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Iyt.`z
!Bb^M3iA
struct holder ngH_p>
{ S{qsq\X
// r1|;V~a$~
template < typename T > 6 kAXE\T
T & operator ()( const T & r) const s!/Q>A
{ s C?-L
return (T & )r; \v([,tiW%
} `HsI)RmX
} ; f.Ms3))
I>spJ5ls
这样的话assignment也必须相应改动: )dI `yf
Y/G~P,9
template < typename Left, typename Right > {8J+Y}
class assignment ,+E"s3NW
{ -2*Pm1\Z
Left l; qbQH1<yS<
Right r; ~*ll,<L:
public : ]llvG\
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} jftf]n&Z(q
template < typename T2 > u/X1v-2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 0I[3%Q {
} ; Lz}mz-N
<qCfw>%2F
同时,holder的operator=也需要改动: 3[iHe+U(
~_"/\;1
template < typename T > mO^vKq4r.
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ~Z
x_"
{ _9"%;:t
return assignment < holder, T > ( * this , t);
$oH?7sj
} of?'FrU
X?q,m4+
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 FFID<Lf/2
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ?-9It|R
Y+_t50S
return l(rhs) = r; 4$jb-Aw
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。 "9yQDS:
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: i 9w k)
mEDi'!YE"
template < typename Tp > w;KNS'
class constant_t m}?(c)ST
{ Y@[Dy
const Tp t; #Up
X
public : :<>=,`vQD
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ~>|o3&G{
template < typename T > TTzvH;S
const Tp & operator ()( const T & r) const by0M(h
{ $${9 %qPzb
return t; D$G:#z*
} \*6Ld%:h$
} ; X2hyxTOp
uvj`r5ei
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 /|2 hW`G
下面就可以修改holder的operator=了 cSs??i
D"q
hQ}B?'>
template < typename T > A>W8^|l6+-
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const p1(<F_Kta
{ rP7f~"L
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); @b"J FB|
} `f+l\'.s
e`Vb.E)
同时也要修改assignment的operator() u.L{3gkT
uO;_T/^u
template < typename T2 > uPveAK}h
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } q3-V_~5^/z
现在代码看起来就很一致了。 O%?d0K
W4o$J4IX{
六. 问题2:链式操作 0*}%v:uN9
现在让我们来看看如何处理链式操作。 )Y@mL/_
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。 W:
vw.
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。 tgB\;nbB
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。 ?:XbZ"25pJ
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct HCTjFW>C
o&b1-=MC2
template < typename T > cq
\()uF'c
struct result_1 Erd)P
{ 1dahVc1W
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 2[R{IV8e
} ; i?1g{JW
}qOj^pkJ
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: rkz_h
V[T`I a\
template < typename T > Auz.wes
struct ref ]Uee!-dZ
{ r^|AiYI)
typedef T & reference; #^~[\8v>
} ; N++jI(
template < typename T > P(#by{s
struct ref < T &> 7Ta",S@m
{ 8rx"D`{|
typedef T & reference; WbW@V_rr
} ; bhWH
WYklS<B[
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ]5}C@W@_
46cd5SLK
template < typename T > DYKJ Vn7w
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 'Bv)UfZ
{ 1hn4YcHb
return l(t) = r(t); s9'lw'
} OPsg3pW!]
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。 =Vm"2g,aA
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 T2^0Q9E?
) ]x/3J@
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 N1O.U"L;
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ``p()^zT
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 -$js5Gx1
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 0+P<1ui
最后的布局是: >u:t2DxE
Add mgxoM|n6
/ \ ufekhj
Divide 5 7jL3mI;n%;
/ \ DlWnz-
_1 3 ]d|:&h
似乎一切都解决了?不。 bEJz>oyW"
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 uYv"5U]MFv
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 ?-`G0 (
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: v9qgfdBS5
@GpM4>:
template < typename Right > dE[nPtstb
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const &eHhj9
Right & rt) const W%xg;uzp
{ 6.!Cm$l
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); sm~{fg
} ~;*SW[4
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 SXW8p>1Jw
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。 (!@
Q\P
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。 mu?6Phj
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。 boJ
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。 &(]@L\A
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? 1dy>a=W
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: z!r-g(^G
7z=zJ4C
template < class Action > 3.
kP,
class picker : public Action 9svn B@
{ Q8kdX6NMd&
public : Rt[zZv
picker( const Action & act) : Action(act) {} .%(Q*ioDh
// all the operator overloaded QKAo}1Pq
} ; Vg0$5@
jJxV)AIY
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 v ;q<h
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: l<]@5"wN
i8\&J.
template < typename Right > KfO$bmwmx
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const vyt$
{ eco i4f
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); f<`is+"
} B|~tW21
5f:Mb|.?
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > I'_u4
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。 yH'vhtop
V?a+u7*U&
template < typename T > struct picker_maker VZ`L-P$AF
{ lm?1 K:+[
typedef picker < constant_t < T > > result; \Qh{uk[
} ; "t-u=aDl-.
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > B} %B4&Ij
{
$rAHtr
typedef picker < T > result; m@r+M"!R
} ; oQ!56\R
N6"b
OxJ(
下面总的结构就有了: GvL)SVv?
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 %V>Ss9;/8
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 )}-,4Iu%
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 PhHBmMGL
至此链式操作完美实现。 r+}5;fQJ
6/m|Sg.m
4xg7oo0iJ
七. 问题3 _Ra$"j
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。 [7Yfv
Xp
Q -!,yCu
template < typename T1, typename T2 > 2{v$GFc/
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const `uO(#au,U
{ IA\CBwiLj
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); O>Vb7`z0<
} T ~9)0A"]
S1iF1X(+?X
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: pZS0;T]W,
ZeUA e
template < typename T1, typename T2 > y~.k-b<{[
struct result_2 6;02_C]\o
{ $*035f
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; bZ-"R 6a$
} ; #}/YnVk
?R7>xrp5
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? xQ[~ c1
这个差事就留给了holder自己。 ZfPWH'P
U>b mCK2
X=i^[?C
template < int Order > i`]-rM%J#
class holder; xz-z"
8d
template <> uQwKnD?F+e
class holder < 1 > Xknp*(9
{ MZyzc{c,
public : 5'JONw'\
template < typename T > (]JZ1s|
struct result_1 or?@Ti;
{ Vv"JN?dHi
typedef T & result; aZ[
aZU
} ; 1:7 uS.
template < typename T1, typename T2 > +d7sy0
struct result_2 PSOW}Y|q
{ SLzxF uV
typedef T1 & result; 8JOfx
} ; 'y(;:Kc
template < typename T > ea"!:cL(g
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const o"^+ i#H!
{ njbEw4nX
return (T & )r; hJrcy!P<a
} B0_[bQoc1
template < typename T1, typename T2 > Ck71N3~W
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const s*"Yi~
{ O~E6"vQ
return (T1 & )r1; [D8u.8q
} Q}pnb3J>T
} ; ' }G!D
4eZ
template <> &