一. 什么是Lambda +_|M*%
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ;Z-xum{
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, ^:5;H=.
T;w%-k\<r
_}:9ic]e
K||9m+
class filler H2 5Mx>|d
{ [?r`8K2!,
public : =>-:o:Cu{
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Lfx&DK !
} ; v*7}ux8
B_i@D?bTD
_Ft4F`pM
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: tu#VZAPW@
r"x|]nvg^
}_u1'
/zMiy?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 8G`fSac`
zGHP{a1O7
*>h"}e41
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 v3x_8n$C9
"X4OUk
L(XGD
0(VAmb%{
二. 战前分析 ~Os"dAgZFY
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 -'QvUHL|
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 75v 5/5zRn
7pH(_-TF
bccJVwXv
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); UX}ZE.cV
/* --------------------------------------------- */ coT|t
T
vector < int *> vp( 10 ); *kY\,r&!P
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); .xS3,O_[
/* --------------------------------------------- */ 7dyGC:YuTL
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 8VQJUwf;
/* --------------------------------------------- */ vQ>x5\r5O_
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 5+].$
/* --------------------------------------------- */ G7yCGT)vQ
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); mYJ%gdTpo
/* --------------------------------------------- */ f=]+\0MQ
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 0ubT/
#|k;nFJ
A&*lb7X
(Gr8JpV
看了之后,我们可以思考一些问题: j|gQe .,1
1._1, _2是什么? hNgbHzW
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。 ,l^; ZE
2._1 = 1是在做什么? xy)Y)yp
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。 jq:FDyOAW
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。 2a8ZU{wjn
{G&*\5W
~XQj0'
三. 动工 NBEcx>pma
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: N7Vv"o
c,pR+DP
3>YG
)w(-Xc?P
template < typename T > Kq#\P
class assignment (jd)sf6Tj[
{ !2R~/Rg
T value; rOQ@(aUAZ
public : EvSo|}JA[
assignment( const T & v) : value(v) {} ;#$ 67G$
template < typename T2 > nJ'FH['
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 1Z%^U ?
} ; s ;EwAd(
Xu\FcQ{
8oiO:lyLSt
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 *"Yz"PK
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment *'4+kj7>
y|X</3w
"#1KO1@G
v zgR3r
class holder Br^4N9
{ h&@A'om~
public : HwfBbWHr'
template < typename T > le60b@2G0
assignment < T > operator = ( const T & t) const VqGmZ|+8
{ g(Q)fw
return assignment < T > (t); <%w)EQf4m
} Y3@\uM`2#
} ; DP{kin"4I
4UwXrEQp
Wy1#K)LRb
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: "Kky|(EQ$$
I~Y1DP)R
static holder _1; 7^1yZ1(
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 \yt-_W=[
E57:ap)/
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); U8TH} 9Q
而不用手动写一个函数对象。 vEQw`OC
Y' K+O
dxHKXw
^6R
Sbi\
四. 问题分析 (=#[om(A
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。 *Iy5 V7`KU
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。 Su"9`
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ZqT8G
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 |e{F;8
下面我们可以对这几个问题进行分析。 >f)/z$
qn
<X@XbM
五. 问题1:一致性 ]?KTw8j}
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?| Jv_KZDOdk
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 #?=?<"*j
Dxp8^VL
struct holder f3 _-{<FZ
{ %#5\^4$z|N
// (4:&tm/;
template < typename T > 7oUecyoj
T & operator ()( const T & r) const 4}0DEH.Vx
{ bEO\oS
return (T & )r; Ek' ~i
} 4wLN#dpeEy
} ; KmF"Ccc
q{4W@Um-
这样的话assignment也必须相应改动: VN3"$@-POK
`Wc"Ix0
template < typename Left, typename Right > Ug :3)q[O
class assignment M$Sq3m`{!
{ GjVq"S
Left l; g2?kC^=z=
Right r; Ih Yso7g
public : 0)<\jo1 F
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} #kGgzO
template < typename T2 > Kjw==5)}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ~7CQw^"R@
} ; ub/Z'!
,=TY:U;?
同时,holder的operator=也需要改动: 2EO WbN}M
4KbOyTQ
template < typename T > sR~D3-
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const tO?NbW cp
{ XK*55W&og
return assignment < holder, T > ( * this , t); 1gK<dg
} ]81t~t9LQ
sxG8jD
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。 &^q!,7.J
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ig-V^P
$ ,:3I*}be
return l(rhs) = r; ~wejy3|@0
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。 o*]Tqx
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Z--A:D>
Fx@ovI- 5
template < typename Tp > g4eEkG`XTS
class constant_t 3t4i2]
{ Xmmb^2I
const Tp t; xYmh{Vc8
public : V
yOuw9
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ul@swp
template < typename T > Ee~<PDzB
const Tp & operator ()( const T & r) const ^uWPbW&/q
{ @p$Nw.{'
return t; lmGVSdo
} lRk)
} ; .8GX8[t
v3*y43
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 B|f
=hlY
下面就可以修改holder的operator=了 4Eri]O Ri
$yn7XonS
template < typename T > pftnFOLO
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const S^8C\ E
{ '!hA!eo>J
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Sux/='
} W>E/LBpE4
H1t`fyri2
同时也要修改assignment的operator() |#b]e|aP
,J$XVvwxF
template < typename T2 > 7Mj:bm&9
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ,<CFjtelO
现在代码看起来就很一致了。 sBq-"YcjR
4\_~B{kzZ
六. 问题2:链式操作 sk%Xf,
现在让我们来看看如何处理链式操作。 q+Ec|Xd
e
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。 /&i6vWMhP
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。 mEZHrr J
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。 !,cLc}a
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct d :vuRK4+
o#Viz:
template < typename T > Oxp!G7qfo
struct result_1 w paI}H#
{ yg^ 4<A
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; `DFo:w!k
} ; 1RgERj
5$?)f&M
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: J*Q+$Ai~
_2a)b(<tF
template < typename T > )z_5I (?&
struct ref Be~'@
{ dJ9v/k_
typedef T & reference; W]oILL"d
} ; wVmQE
template < typename T > @$|8zPs
struct ref < T &> 96d&vm~m1
{ ]~@uStHn
typedef T & reference; xFzaVjjP
} ; m##_U9O
JKF/z@Vbe\
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: [9;[g~;E%m
)tv~N7
template < typename T > 0B]c`$"aD
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const .O&[9`"'
{ DP.Y<V)B
return l(t) = r(t); ;w<r/dK
} A
D%9;KQ8
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。 9]^q!~u
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 }a"koL
C*stj
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 ) E*-
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: H-qbgd6&>R
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 fP/;t61Z
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ~[Z(6yX
最后的布局是: {yFMY?6rf
Add c{3P|O&.
/ \ i3vg7V.
Divide 5 ?P;=_~X
/ \ @ek8t2??x
_1 3 2Mu3]2>
似乎一切都解决了?不。 tkP& =$
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。 >-j([%
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。 `4,]Mr1b
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: 5Y>fVq{U?;
G6bvV*TRi
template < typename Right > #G\Ae:O
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Ie}7#>S
Right & rt) const ~g}blv0q+B
{ (@NW2
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt);
0v|qP
} i(YR-vYK
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 EY@KWs3"H
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。 fS3%
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。 kbSl.V%)
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。 ]l}bk]
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。 _^D -nk?
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? #V.u[:mO
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: [W99}bi$
P! P` MX
template < class Action > c~= {A
class picker : public Action mr,GHx
{ t$PJ*F67M
public : lNMJcl3
picker( const Action & act) : Action(act) {} \[
W`hhJ
// all the operator overloaded 65GC7 >[
} ; PHMp,z8
P]7s1kgaS
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。 Li+|%a
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: 9hgIQl
@h\i<sh!^
template < typename Right > }tJMnq/m($
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ]d*O>Pm
{ c^R "g)gr
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Pr,C)uch
} PiLLUyQx
b/4gs62{k
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 0ke1KKy/d
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。 fO837
Q'[~$~&`
template < typename T > struct picker_maker '.e5Ku
{ }mS
Q!"f:
typedef picker < constant_t < T > > result; 3*R(&O6}
} ; iig&O(,
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > OA7=kH@3c
{ wKJK!P
typedef picker < T > result; M#yUdl7d
} ; NJKk\RM@7
Lve$H(GHT
下面总的结构就有了: 1(kd3qX
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。 3]>YBbXvE
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。 P.~sNd oJ
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 zu1gP/
至此链式操作完美实现。 V{{UsEVO
II.Wa&w}
M+4S >Sjw
七. 问题3 th=45y"C
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。 :0Fwaw9PH"
aX~'
gq>
template < typename T1, typename T2 > "?YpF2pD
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const *}LQZFrnX
{ C|rl",&
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); }U b "Vb
} &0mhO+g
T{T> S%17~
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: &HJ~\6r\
)
|hHbD^V
template < typename T1, typename T2 > E}]SGU"
struct result_2 v=H!Y";
{ 7p18;Z+6>X
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; _"'-fl98*
} ; 6.4,Qae9E
w2tkJcQ3
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? YGLR%PYv"
这个差事就留给了holder自己。 F#{PJ#
q5w)i
/zV0kW>N
template < int Order > QpifO
class holder; y] ~X{v
template <> (yz8}L3
class holder < 1 > Jaf=qwZ/`
{ zdDJcdbGd1
public : K9Pw10g'
template < typename T > UmQ'=@^kR
struct result_1 c>Ljv('bj
{ SiJX5ydz
typedef T & result; ;Y16I#?;Kh
} ; '?!2h'
template < typename T1, typename T2 > ;D<rGkry
struct result_2 Eb9M;u
{ 7h/{F({r=
typedef T1 & result; ZZ6F0FLXJ
} ; dkbKnY&
template < typename T > YJwz*@l
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const FkT% -I
{ Xq%!(YD|
return (T & )r; ?|Mmz@
} ~9ILN~91
template < typename T1, typename T2 > RwwX;I"o%
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const S[M\com'
{ 1vxh3KS.
return (T1 & )r1; /7zy5
} R:JS)>B
} ; Ljxn}):[
Afa{f}st
template <> P^LOrLmo8
class holder < 2 > PZl(S}VY
{ Qs{Qg<}
public : UoxF00H@!
template < typename T > zR3Z(^]v
struct result_1 `0Q:d'
{ jW",'1h<n
typedef T & result; 9Au+mIN
} ; _>:g&pS/
template < typename T1, typename T2 > 4%j&]PASa1
struct result_2 vR~*r6hX8
{ _?_Svx2
typedef T2 & result; #(*WxVE
} ; Fk(0q/b
template < typename T > h?YjG^'9
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ddHIP`wb
{ k*c:%vC!
return (T & )r; @4B2O"z`
} )3B5"b,
template < typename T1, typename T2 > |_2ANWHz
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 3]Lk}0atpL
{ 8h20*@wSN
return (T2 & )r2; t1Khf
} e#HP+b$
} ; khv! \^&DD
(Fgt #H(B
\
bT]?.si
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 |f?C*t',
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: BtHvfoT
首先 assignment::operator(int, int)被调用: '/
&"
LMG\jc?,
return l(i, j) = r(i, j); \]OD pi
2
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) )#ujF~w>
WNYLQ=;
return ( int & )i; #Aan v
return ( int & )j; wbS++cF<
最后执行i = j; t+(CAP|,
可见,参数被正确的选择了。 }t-r:R$,
"\=_- `
%-'U9e KN
(P>vI'
6~/H#8Kdn
八. 中期总结 e #OU {2X
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: G<dXJ ]\\
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 )w`Nkx
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 X0$_KPn
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor BmJ?VJ}Y
L
wu;y@[
Q8~pIv
4#YklVm
DJW1kR
r4lG 5dV
九. 简化 5nn*)vK {
很明显,要支持一个操作符所要做的工作太多了,而且在每个functor中申明result_1至result_n,可见如果n发生变化,维护的开销极大。 M#>GU<4"
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 KE3v3g<
首先,我们注意到result_x的形式很统一。对于各种操作符,其返回值无非下列几种: gPi_+-@
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 _#F'rl6'
+-*/&|^等 3*TS
4xX
2. 返回引用。 *3K"Kc2
=,各种复合赋值等 [Bh]\I'
3. 返回固定类型。 t}FMBGo[
各种逻辑/比较操作符(返回bool) yW&iUh=0
4. 原样返回。 >dl!Ep
operator, E)E!
5. 返回解引用的类型。 mC7Y *
operator*(单目) <Gw<