一. 什么是Lambda ksTzXG8
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ]PeLcB
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, 0Xp
nbB~~I
IbF4k.J
U$A/bEhw
x:p}w[WM
class filler DP|TIt ,Rl
{ "]v
uD
public : I%SuT7"Do
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} :aHcPc:
} ; =.DTR5(_h
l+t #"3
g4Y) Bz
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: iOl%-Y
' Q\ @19
:*#rRQ>t
^)|&|
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); A_@I_V$
FH4u$g+
a|U}Ammr
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 I=U+GY:
l(gJLjTH%
VF\{ra;
l`DtiJ?$$0
二. 战前分析 Y=9qJ`q
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。 F@<O;b#Ip
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 hXNH"0VCV
RV}GK
L>gn
ooY\t +
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); =PV/`I_h
/* --------------------------------------------- */ 4e}{$s$Xx
vector < int *> vp( 10 ); y">fN0{<
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); `n6/ A)
/* --------------------------------------------- */ FtN}]@F
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 5!tb$p#z
/* --------------------------------------------- */ 3!>/smb!
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); &&&9
/* --------------------------------------------- */ z*RSMfRW
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ?<!
nm&~
/* --------------------------------------------- */ MvBD@`&7
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); F,Q?s9s
!Ri
r&gF
Z{} n8b*
R0vww_fz
看了之后,我们可以思考一些问题: V>B'+b+<
1._1, _2是什么? ("OAPr\2dw
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 vm|!{5l:=y
2._1 = 1是在做什么? -xz|ayn
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 -/zp&*0gcx
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 <>]1Y$^Y
A])OPqP{
O"\nR:\
三. 动工 #9i6+. Z
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 7(NXCAO81
A?DB#-z.r
t=Jm|wJnUA
t}VwVf<K
template < typename T > 6%E~p0)i%
class assignment :\mRtVH
{ jP+ pA e
T value; ;@9e\!%
public : G)8ChnJa!m
assignment( const T & v) : value(v) {} qJ
95
template < typename T2 > 7lwTZ*rnY
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } R5~gH6K|
} ; '#A:.P
#I;D
3?@?-q2g
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 0Qp[\ia
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment |0kXCq
c yP,[?N
H'Ln
P>@n#
PS$k >_=t
class holder z{|LQt6q
{ >ukQ, CE~
public : )km7tA
0a
template < typename T > ZjS(ad*.2
assignment < T > operator = ( const T & t) const 'l|R5
{ FN!1|'VK
return assignment < T > (t); -TTs.O8P|<
} =e{.yggE
} ; nkRK+~>
E?cZbn*>`
L<=) @7
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 781]THY=
\Tyf *:_F>
static holder _1; 1Cv#nhmp
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 g_vm&~U/'
[x5mPjgw
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); w4,]2Ccn.
而不用手动写一个函数对象。 [Tp%"f1
nv)))I\
6{.J:S9n
!R6ApB4ZI
四. 问题分析 _f|/*.
@Q
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 (ND%}
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 7}%H2$Do
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 HxIoA
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 bAiJn<
下面我们可以对这几个问题进行分析。 8+>\3j
5ITq?%{M
五. 问题1:一致性 ^)0 9OV+hF
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?| SO3cY#i
z"
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 @1bH}QS
OJpj}R
struct holder 'E -FO_N
{ ^C7C$TZS
// 2m" _z
template < typename T > \ha-"Aqze3
T & operator ()( const T & r) const +/y]h0aa
{ A=X-;N#
return (T & )r; \[ M_\&GC
} $;`I,k$0>~
} ; [;^,CD|P
=|,A%ZGF$
这样的话assignment也必须相应改动: :u/mTZDi
")%r}:0
template < typename Left, typename Right > [!~}S
class assignment LuS+_|]x
{ k ZxW"2
Left l; R=M!e<'
Right r; m$:&P|!'p
public : kjE*9bUc
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Q["t eo]DQ
template < typename T2 > Fw"$A0
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ~5 >[`)
} ; 6Dst;:
r~>,$[|n})
同时,holder的operator=也需要改动: 'N6 S}w7
/g76Hw>H
template < typename T > !` 26\@1
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const !d8A
{ B+"g2Y
return assignment < holder, T > ( * this , t); MhxDV d
} cAEok P
^npJUa
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 1'O0`Me>#
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Im)EDTm$
{Uq:Xw
return l(rhs) = r; ,S!w'0k|n
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。 CW`!}yu%
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 8\#
^k#X
2d`c!
template < typename Tp > Uf$i3
class constant_t X+l'bp]Ry
{ :E'P7A
const Tp t; _| zBUrN
public : Fo}7hab
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} _Y!sVJ){,c
template < typename T > x_!ZycEa
const Tp & operator ()( const T & r) const z<&m*0WYA
{ Lh ap4:
return t; 1mH\k5xu
} 2"&)W dm
} ; zOB=aG?/
Nfn(Xn*J-
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 AIZBo@xg
下面就可以修改holder的operator=了 !p[`IWZ
d8OL!Rk
template < typename T > ROdK8*jL
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ,}J_:\j
{ euQ.ArF
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); z-,VnhLx
} a$JLc a
\ZH&LPAY
同时也要修改assignment的operator() XvKFPr0~
XsL#;a C
template < typename T2 > xs!p|
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } GoE
'L
现在代码看起来就很一致了。 ^Z}Ob= .G
8C7Z{@A
六. 问题2:链式操作 Qh`:<KI
现在让我们来看看如何处理链式操作。 D7?C
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。 P8I*dvu _
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。 H%}IuHhN)
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。 Y*LaBxt Q
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 0LL c 1t>}
*#&*`iJ(
template < typename T > YZE.@Rz
struct result_1 |vILp/"9=W
{ O#_b7i
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; shgAhx
} ; `xz&Scil
yL1CZ_
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: q_t4OrLr=
?c#$dc"
template < typename T > ||eAE)
struct ref M+xdHBg
{ %b}gDWs
typedef T & reference; _*6v|Ed?
} ; k\7:{y@,
template < typename T > m*e YC
struct ref < T &> WsOi,oG@
{ t"AzI8O
typedef T & reference; }!s!;BOx
} ; ycr"Y|
XL5Es:"+?S
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 0 f/.>1M=
H0*,8i5I
template < typename T > Ee2c5C!|C
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const RBGX_v?
{ Of[;Qn
return l(t) = r(t); z#Nl@NO&
} :`Az/U[
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 .EP6oKA
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 vqNsZ 8|`
hOk00az
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 |$+5@+Zz
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: yR71%]*.
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 AuiFbRFi
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 S h4wqf
最后的布局是: vO@s$qi
Add & >JDPB?5
/ \ lU2c_4
Divide 5 7;}l\VXHm
/ \ KMK`F{
_1 3 7^:4A'
似乎一切都解决了?不。 E]} n(
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 A74920X`W
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 ,|T7hTn=
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: -yx/7B5@
nU
z7|y
template < typename Right > g:#dl\k
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const M>H=z#C>/A
Right & rt) const my.`k'
{ [_6 &N.
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); JXU2CyMY
} /^7iZ|>:M:
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 jE/oA<^
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 cO#oH2}
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 H-5<S@8
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 %_M2N.n
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 =Agg_h
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? %$ceJ`%1e
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: 'r}fZ
,?-\
x6
template < class Action > 0ZI(/r
class picker : public Action !~iGu\y
{ 7C,T&g
1:
public : @y|_d
picker( const Action & act) : Action(act) {} sz95i|@/
// all the operator overloaded }
:?.>#
} ; SZ!=`a]
[`_io>*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。 cma*Dc
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: 3I=kr
XhW %,/<
template < typename Right > Ob<W/-%5tH
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const GA3sRFZdQ
{ =U-r*sGLN
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); )Hw:E71h2
} RMXzU
yJJ4~j){l
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ,"?A2n-qO
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。 KLQ!b,=q
9IZu$-
template < typename T > struct picker_maker n \G Ry'
{ w
YNloU
typedef picker < constant_t < T > > result; ((3}LQ
} ; z(HaRB3l
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > cPF<D$B
{ pBJAaCGm
typedef picker < T > result; ;3ft1
} ; ~oD8Rnf
SW?p?<
下面总的结构就有了: i%{X9!*%TX
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。 y=sGe!^
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。 f@V3\Z/6E
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 lhLGG
至此链式操作完美实现。 b= PVIZ
3smM,fi
-V<t-}h.
七. 问题3 h3G.EM:eG
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。 *,WP,-0
w7kJg'X/6
template < typename T1, typename T2 > )mcEQ -!b
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const fys
{ )9j06(<A
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); -pb&-@Hul
} %!j:fJ()
#;tT8[Ewuw
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: Bx~[F
U bz"rCjq
template < typename T1, typename T2 > viaJblYj(f
struct result_2 2z0n<`
{ udqS'g&
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Jobiq]|>
} ; U]4pA#*{|
v:_B kHN'
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? l:(Rb-Wy
这个差事就留给了holder自己。 iZ,YxN<R
*TdnB'Gd
4&^9Wklj
template < int Order > Ka_S n
class holder; >v5k{Cbp0
template <> S 01wwZ
class holder < 1 > BN_7Ay/k
{ ZU2laqa_
public : y }2F9=
template < typename T > `TKD<&oL
struct result_1 :VA.Q rKW
{ M^madx6`
typedef T & result; u' Qd,
} ; U yqXMbw@
template < typename T1, typename T2 > hZ\+FOx;
struct result_2 YoODR
{ A7XnHPIw
typedef T1 & result; QDmYSY$
} ; u=+q$Q]
template < typename T > ,w)p"[^b
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const F
phDF
{ $a;]_ Y
return (T & )r; X=X\F@V:u
} MQ/
A]EeL
template < typename T1, typename T2 > adEJk
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const r4 dOK] 0
{ I*[tMzE
return (T1 & )r1; &~DTZgY
} Z'v-F^
} ; [THG4582oB
B7*}c]^6/
template <> &