一. 什么是Lambda %AtT(G(n
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 L~)8Q(f
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, +D4m@O
n.a2%,|v
GTTEg{
%{4U\4d@'
class filler ?B;7J7 T
{ q78OP}
public : j!!s>7IZ
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} "P@ SR`v#
} ; |n tWMm:(
>g>r_0.
gCPH>8JwS0
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: rjWtioZEa
HyWR&0J
$V`1<>4
/;Hqv`X7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); @ :PMb Ub
&PL=nI\)
'"\n,3h
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 hx;kNcPbI
M_UmnqN1C
YJHb\Cf.
k'|yUJ,
二. 战前分析 )4qspy3
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{^I}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 s#aj5_G
&xB9;v3
'{.4~:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); j2IK\~W?-
/* --------------------------------------------- */ M[z1B!rT
vector < int *> vp( 10 ); }T\.;$f
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); yv]|Ce@8A
/* --------------------------------------------- */ Kn1;=k
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); e~(e&4pb
/* --------------------------------------------- */ Zqe$S
+u
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); !lFNG:&`
/* --------------------------------------------- */ |4pl}:g/Z
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); PPySOkmS3
/* --------------------------------------------- */ p6BDhT(RS
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); r0[<[jEh
sUc[!S:/
<Fx%P:d
[QQM/ ?
看了之后,我们可以思考一些问题: W/t,7lPFb
1._1, _2是什么? l1<=3+d
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。 ,:J[|9
2._1 = 1是在做什么?
~XWBLU<
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。 S _U |w9q
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。 M6Xzyt|
`^^t#sT
2(~Zl\
三. 动工 ..nVViZ
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: wy:Gy9\
'-N5F
H?Sv6W.~
<>f;g"qS
template < typename T > O:rfDO
class assignment -eh .Tk
{ WFk%nO/
T value; 2!W[ff@~7
public : :tnW ivrwR
assignment( const T & v) : value(v) {} k\SqDmv
template < typename T2 > UNiK6h_%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } :5j+^/
} ; ZQKo ]Kdr
JM/\n4ea:
&0bq3JGW
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 "HqmS
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment P* &0HbJ
d*6/1vyjT
S~fP$L5
[tt{wl"E
class holder ??.aLeF&
{ 8`)* ?Q9~
public : k+"7hf=C|
template < typename T > wnQy
assignment < T > operator = ( const T & t) const 1##@'L|u
{ iQ2}*:Jc$
return assignment < T > (t); RkF^V(
} $*N(feAs
} ; a;IOL
NV(jp'i~
t$t'{*t(
T
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: ND.(N'/O
I9xu3izAmR
static holder _1; (b[=~Nh'
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 owA8hGF
C<9GdN
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); +p jB/#4
而不用手动写一个函数对象。 J> ,w},`
VrfEa d
v_U/0
0
(X5y%~;V5a
四. 问题分析 {2T u_2>
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。 _](y<O^9yO
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。 b5]<!~Fv:`
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。
T;{}bc&I
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 L.-qTh^P
下面我们可以对这几个问题进行分析。 AsuugcN*
z(.,BB[
五. 问题1:一致性 ^["D>@yIR
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?| s.;'-oA
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 kxEq_FX
wX6-WQR
struct holder ~}ifwm'7 a
{ >)*d/ ^
// >+;}"J
template < typename T > XI$W
T & operator ()( const T & r) const ~rjK*_3/
{ adri02C/
return (T & )r; 6+ptL-Zt<
} c'VCCXe
} ; $>_`.*I/
BT0;I
这样的话assignment也必须相应改动: Uj 4HVd
1uKIO{d@
template < typename Left, typename Right > ,+h<qBsV@
class assignment >jTiYJI_M
{ *w^!\
Left l; 1/ j>|
Right r; (gvnIoDl0
public : 3"my!}03
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} WnOYU9;%
template < typename T2 > wi.E$RckD
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } vNdX
} ; go6;_
$K\e
Pfk
同时,holder的operator=也需要改动: q2`mu4B
Ny`SE\B+/
template < typename T > 3 @O/#CP+
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ~Hg*vCd ?
{ kt_O=
return assignment < holder, T > ( * this , t); !
,H6.IH;S
} 1\/vS$bi(
$Fc}K+
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 `<T4En
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 doX`NbA
C-,#t5eir
return l(rhs) = r; tp!eF"v=
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Q
(gA:aQ
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: (NfB+Ue}
g co;8e_
template < typename Tp > -R];tpddR5
class constant_t G i(
{ Cl&)#
const Tp t; 4/3w
*
public : \f Kn} ]kG
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ei1;@k/
template < typename T > b"td]H3h
const Tp & operator ()( const T & r) const pV:44
{ fh1-]$z`~
return t; DW7Jk"\GH
} As^eL/m2L
} ; \YF;/KwX$
9[YnY~z)
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 h;#^?v!+
下面就可以修改holder的operator=了 (+zU!9}I1
m`xYd
template < typename T > "5N$u(: b
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const yF|28KJ
{ b rDyjh
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ^aJ]|*m
} =)iAU/*N
*YQXxIIq
同时也要修改assignment的operator() Y37qjV
mdmJne.
template < typename T2 > bng/v
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } /=#~8
现在代码看起来就很一致了。 &FZ~n?;hQ
) R5[aO
六. 问题2:链式操作 , :KJ({wM
现在让我们来看看如何处理链式操作。 s6;ZaU
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。 1`Bhis9X8
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。 }+u<w{-7/
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。 [(8s\>T
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct <5FGL96
CL(D&8v8~
template < typename T > ||7x51-yj
struct result_1 ,%V%g!6{
{ Y|/,*,u+
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; r`+G9sj3U
} ; =&.9z 4A
Pu BE=9,
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: :Us+u-~
SD:Bw0gzrI
template < typename T > .K#'
Fec
struct ref
2Mw`
{ hHOx ]
typedef T & reference; *'{9(Oj
} ; aqi]5,
template < typename T > 3_i29ghv
struct ref < T &> &wkbr2P
{ k#V\O2lb
typedef T & reference; "1DlusmCCB
} ; 4VsttT
#&K}w0}k
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: &t6SI'
4~ nf~
template < typename T > gKWUHlQY
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const =|^R<#%/
{ ~Hx>yn94e
return l(t) = r(t); KYg'=({x
} Kj4L PG
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。 Yfz`or\@=
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ^8?px&B y:
RO'b)J:j9
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 d:z7
U
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 6s!=de
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 +J42pSxzoo
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Ycxv=Et
最后的布局是: `'bu8JK
Add THCvcU?X
/ \ WE
/1h
Divide 5 1wggYX
/ \ Je K0><
_1 3 S\k(0Sv9D
似乎一切都解决了?不。 fLkC|
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。 h}oV)z6
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。 %;GRR (K
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: #Qu|9Q[QH
,v9*|>4
template < typename Right > G{a_\'7
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const es$<Vkbp
Right & rt) const R!x
/,6,_
{ ]<_v;Q<t
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); +' .o
} {Sc*AE&Y
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 .SWn/Kk
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。 OZ<fQf.Gh}
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。 B/JMH 1r
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。 j#H&~f
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*wY,\
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? h{ EnS5~
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: !}"P Hby5N
2kFP;7FO
template < class Action > E@Yq2FBpnn
class picker : public Action ZYTBc#f
{ ]^QO^{Sz
public : M^/ZpKeT"
picker( const Action & act) : Action(act) {} 5^2P\y(?
// all the operator overloaded H"pwIiC
} ; %e/L
.#0
_+0c<'
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。 k&