一. 什么是Lambda uhm3}mWv
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 2M>`W5
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, V"|`Z}XW
eJ0Xfw%y%T
G+1i~&uV
Zet80|q
class filler Lng@'Yr
{ 5K,=S
public : O9*l6^Scw
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} sE])EwZ
} ; 1d!TU=*
6VtN4c.Q
(j-_iOQ]i+
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: '-BD.^!!
,YBe|3
_l+8[\v
r+usMF<'
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); #0:rBKm,
YCq:]
fCbd]X
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 -Rwx`=6tV
Ae;mU[MK/
vO)]~AiB
iHT=ROL
二. 战前分析 q $=[v
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。 C{>dE:*K^
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 fizL_`uMqb
iEx4va-j
&bigLe
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); r3+
/* --------------------------------------------- */ (e#f
vector < int *> vp( 10 ); LMNmG]#!
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); PVSz%"
/* --------------------------------------------- */ b"nD5r
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); }LY)FT4n
/* --------------------------------------------- */ } J`cRDO
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Cw l:
/* --------------------------------------------- */ \[d~O>k2
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); `PT'Lakf;3
/* --------------------------------------------- */ >uxAti\
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); YH&q5W,KX
!ou;yE&<,
tC5>K9Ed
(W.G&VSn)
看了之后,我们可以思考一些问题: yUN>mD-
1._1, _2是什么? *#1J
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 nE56A#,Q,
2._1 = 1是在做什么? AYAbq}'Yt
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 p~v0pi
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 P9x':I$
D,()e^o
6 $K@s
三. 动工 3:>hHQi
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 'A9Z ((
,F n-SrB:
VNs3.
x->+wJm@s
template < typename T > }tQ^ch; Q
class assignment }/4),W@<
{ d(K}v\3!
T value; Z^J7r&\V
public : ,'n`]@0?\
assignment( const T & v) : value(v) {} >2ha6A[
template < typename T2 > 2|&SG3e+(I
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } MS]Q\g}U
} ; 6(>,qt,9S
Fd<eh(g9P
JL[!8NyU
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 a+j"8tHu$
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment O"#/>hmv-
kJ?AAPC
k\r^GB
5z:#Bl-,L
class holder %a]Imsm
{ ornU8H`
public : (mioKO )?v
template < typename T > /iL*)
assignment < T > operator = ( const T & t) const TiR00#b
{ . I."q
return assignment < T > (t); OlgM7Vrl
} vnS8N
} ; 6ld /E
f@k.4aS
!="8ok+
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: y&V'GhW!dd
bwa*|{R
static holder _1; >uDC!0)R
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 bq9/d4
)iJv?Y\]
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); D^}2ilk!
而不用手动写一个函数对象。 <`?%Cz AO
z0%tBgqY(
+.g j/uy*
DG}s`'
四. 问题分析 r]U8WM3r
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。 w&e3#p
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。 wB:<ICm
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 *m2?fP\
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 3"sXN)j
下面我们可以对这几个问题进行分析。 FF;Fo}no-
yb>R(y
五. 问题1:一致性 ]<K"`q2
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?| ~[f`oC
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 F3tIJz>3
Qkw?QV-`k
struct holder k9;t3-P
{ j<R&?*
// >WLHw!I!6
template < typename T > nFWiS~(#sW
T & operator ()( const T & r) const 8A}<-?>
{ DS_0p|2
return (T & )r; "y5bODq3t
} x[u6_6=q9
} ; g+7j?vC{'
y;(G%s1
这样的话assignment也必须相应改动: ~z,qr09
q,> C^p|2b
template < typename Left, typename Right > Hv2[=e lc
class assignment R7KV
@n
{ $<"I*l@
Left l; 0M?zotv0#
Right r; o' v!83$L
public : yivWT;`
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ~SmFDg$/m
template < typename T2 > ZUvc|5]
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 7 fXJP5j
} ; )1YX+',"
p 16+(m
同时,holder的operator=也需要改动: +DO<M1uE
\#IKirf?
template < typename T > 3`)ej`
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const UFC^lv
{ X\>/'fC$
return assignment < holder, T > ( * this , t); qz.l
} U$S{j&?
i52JY&N
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 'Hs*
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 \}X[0ct2!
>
6=3y4tP
return l(rhs) = r; ^8YBW<9
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Cs\jPh;"
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: yb)qg]2
LDYa{w-t
template < typename Tp > '4,IGxIq
class constant_t -s1.v$g
{ )."dqq^ q
const Tp t;
}Oqt=Wm
public : kB%.i%9\\
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} m&z(2yb1
template < typename T > '=eVem=
const Tp & operator ()( const T & r) const fJ6Q:7
{ $*LBZcL
return t; sZ7~AJ
} owI:Qs_/4
} ; |68u4z K
z@ `u$D$n
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 hm
k ~
下面就可以修改holder的operator=了 [_}8Vv&6
Rf2mBjJ(z
template < typename T > /a9CqK
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const jQ7-M4qO/
{ ==oJhB
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); )vpYVr-
} wQ~]VVRN
ggm'9|
同时也要修改assignment的operator() lL
50PU
lR9uD9Dr
template < typename T2 > n,LM"N:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } e Qk5:{[
现在代码看起来就很一致了。 ?RW1%+[
I Gi9YpI&K
六. 问题2:链式操作 1 o_6WU
现在让我们来看看如何处理链式操作。 g \ou+M#
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 kbJ4CF}H
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 B6KG\,'|
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 Koj9]2<0
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct B !wr} ]
4%|r$E/TQ
template < typename T > n)z:C{
struct result_1 2?v }w<Ydl
{ FjLMN{eH/
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Xr'b{&
} ; jSRi
UX<)hvKj
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: pf+VYZ#)
_ n1:v~
template < typename T > shP}T[<
struct ref F2ISg'
{ @A<~bod
typedef T & reference; @K}h4Yok
} ; ^zS;/%
template < typename T > Bu+?N%CBi
struct ref < T &> L6;'V5Mg72
{ LGVy4D
typedef T & reference; wZW\r!Us
} ; F?0Q AA
qZ
+K4H
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 4S[)5su
^4Ff8Y
template < typename T > x8~*+ j
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const k g Rys
{ NV@$\<
return l(t) = r(t); X#K;(.},h
} 45$aq~%as
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。 mEkYT
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 w`3.wALb
.+<Ka0
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 eH[i<Z
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: x5Fo?E
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 zA:q/i
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 jUgx
;=
最后的布局是: A wk1d
Add ;sq xFF@
/ \ zK{}
Divide 5 ?r5a*
/ \ U~t!
_1 3 ]VE3u_kR
似乎一切都解决了?不。 o~q.j_Sa
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。 -5|el3%)
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。 +dRRMyxe4
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: 5J1a8RBR
+Ar4X-A{y
template < typename Right > K[
S>EITr
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const +DR{aX/ll
Right & rt) const m/(/!MVy
{ 7Cbr'!E\_V
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); DUH_LnHw)
} Q9B!0G.-bs
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 J&