一. 什么是Lambda : ;l9to
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 AUk-[i
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, A$ 2 AYQ
0nOkQVMk>
Z2P DT
;@ <E
class filler &BOq%*+
{ oz8z%*9(
public : #Sg< 9xsW
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} W0-KFo.'
} ; 9N[(f-`
"%zb>`1s
t@(:S6d
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: t_xO-fT)
S"=y>.#
U~CG(9
WNnB
s
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); b;;mhu[D
6Dl]d%.
EN2H[i+,
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 |(eRv?Qy@
simD<&p
!&(^R<-id
!#[B#DZc(
二. 战前分析 rd_!'pG
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
lZRi-P
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 [LF<aR5
^QG;:.3v
2#jBh
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); MA`.&MA.
/* --------------------------------------------- */ B+VD53 V
vector < int *> vp( 10 ); y|b&Rup
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); w|,BTM:e
/* --------------------------------------------- */ 7jS`4,
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); HuI?kLfj\
/* --------------------------------------------- */ faIHmU
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); / biB*Z
/* --------------------------------------------- */ N+N98~Y`P
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); F[@M?
/* --------------------------------------------- */ )lhPl
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); L#|6Lnp^
^{}$o#iof
vk><S|[n
Mn<#rBE B
看了之后,我们可以思考一些问题: R3bHX%T
1._1, _2是什么? H13kNhV9
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 w}rsboU
2._1 = 1是在做什么? E+"m@63
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 c0U=Hj@@
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 1F,>siuh ,
FW@(MIH
zn)Kl%N^
三. 动工 EEJ OJ<
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 2kSN<jMr
b+#A=Z+Pr
aj`_*T"A
z)_h"y?H{%
template < typename T > 59MpHkr
class assignment #?_8 *?
{ u*6Y>_iA
T value; umuE5MKY<
public : c'}dsq\
assignment( const T & v) : value(v) {} dd-`/A@
template < typename T2 > rtn.^HF
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } nj4G8/U-q
} ; hk.vBbhs
o;"Phc.
y[A%EMd
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。
Q!ReA{
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 9Hm>@dBhM
wa%;'M&
b haYbiX?
U6xs'0
class holder f&2f8@
{ eqQ=HT7J
public : [bh8Nj\E
template < typename T > /^\UB
fE
assignment < T > operator = ( const T & t) const Qq{>]5<
{ %] #XI r
return assignment < T > (t); SL$ bV2T
} |r<#>~*
} ; lL;SP&
J/xbMMb
),rd7GB>
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: RQO&F$R=
:~wU/dEEiz
static holder _1; P*:9u>
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 `G_k~ %
IBm"VCg{Ew
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); _q
z^|J
而不用手动写一个函数对象。 _j sJS<21
6F:<c
x^V9;V@6
5DS'22GW`
四. 问题分析 8<:.DFq
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 J e"~/+
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 4N[KmNi<
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 i(mQbWpN
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 4apaUP=Jp
下面我们可以对这几个问题进行分析。 COc
t d
GyQ9we~
五. 问题1:一致性 Vk:] aveW
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| .8dlf7* ,
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 sLze/D_M*
kCHYLv3.
struct holder ?F"mZu
{ QzilivJf
// [Ol~}@gV
template < typename T > ,GUOq!z
T & operator ()( const T & r) const /Bs42uJ3
{ N9cCfB\`
return (T & )r; G7NRpr
} q+{$"s9v
} ; B&rw R/d
cH48)
这样的话assignment也必须相应改动: vhd +A
B>UF dj]-
template < typename Left, typename Right > (~N[j;W,_W
class assignment B1i&HoGbz
{ 9$*O ^
Left l; bw8[L;~%_
Right r; d:8c}t2X
public : ^_c6Op<F
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} gZ@z}CIw'
template < typename T2 > N%Uk/ c'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } %EEQ^lm
} ; ZG$PW<73~
u:w
同时,holder的operator=也需要改动: {'a|$u+
{$QkerW3
template < typename T > FH)_L1n
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const >K n7A
{ 5>\~jf
return assignment < holder, T > ( * this , t); )>;V72
} 1n!xsesSc
4A)@,t9+
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。 Fk#$@^c@
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 4Kh0evZ
bPA >xAH
return l(rhs) = r; #?C.%kD
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 2y5d
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: de_%#k1:L
O)$Pvll
template < typename Tp > !:wA\mAd
class constant_t l05'/duuJ
{ kp3%"i&hD
const Tp t; 'h87A-\!F
public : ^m['VK#?
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ''Hx&
template < typename T > B'&QLO|
const Tp & operator ()( const T & r) const W2BZG(dm
{ +3[8EM#g
return t; b?K`DUju{0
} a.2Xl}2o5
} ; =/Ph]f9
t.Yf8Gy
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 (v}4,'dS
下面就可以修改holder的operator=了 i]15g@
}D[j6+E
template < typename T > nArG
I}@
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const s("\]K
{ z\`tnz7>$
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); \:4SN&I~
} {I8C&GS
|8?DQhd}
同时也要修改assignment的operator() x|$|~6f=n
X/ lmj_v
template < typename T2 > tID=I0D
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } gC+?5_=<
现在代码看起来就很一致了。 C7FxV2
6aKfcvf &
六. 问题2:链式操作 G@zJf)u}
现在让我们来看看如何处理链式操作。 fS$;~@p
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。 :i>If:>g
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。 HCw,bRxm
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。 h+ <Jv
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct z/,&w_8,:
L+8{%\UPd
template < typename T > *WfQi8
struct result_1 `\$EPUM
{ MdDL?ev
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; \V#fl
} ; oA?EJ ~%
|:]}u|O
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: 8.:WMH`
VWc)AfKe
template < typename T > Bo$dIn2_
struct ref mKsJ[)#.
{ c2gi3
typedef T & reference; %j@@J\G!
} ; ;0lY_ii
template < typename T > G#fF("Ndu`
struct ref < T &> jyB
Ys& v
{ _#qfe
typedef T & reference; ;I?x;lH
} ; =Z ql6D
E=Vp%08(
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: L1Jn@
)|/%]@` N
template < typename T > g`C\pdX"B
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const <eZ*LK?
{ [HI$[:[
return l(t) = r(t); U!(es0rX
} ~ dk9 7Z8
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。 qw
03]a
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ~F8xXW0
pxn@rN#*
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 Y,Lx6kU
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 5> lIrBf
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 &M: