一. 什么是Lambda 2 \}J*0
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 qP<D9k>
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, X<Z(,B
3X1 1Gl
R3l{.{3p2
zxCx2.7
class filler $7c,<=
{ 3\Q 9>>
public : /e?0Iv"
8>
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} dt,Z^z+"E
} ; d[J_iD{ &
^r(My}
D9A%8[Yo
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: jVQ89vf
~
f$:SacF
r{9fm,
X!^|Tass
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 9J?s:"j
-~lq <M
xk%
62W
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 )%MC*Z:^
i2c|_B
O0xqA\
KNd<8{'.
二. 战前分析 ByJPSucD
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。 0V(}Zj>
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 Zx_^P:rL
"O<ETHd0
2~?E'
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); PWiUW{7z
/* --------------------------------------------- */ JHvev,#4
vector < int *> vp( 10 ); kVs YB
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); W_JO~P
/* --------------------------------------------- */ y^`JWs,
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Y.]$T8
/* --------------------------------------------- */ X_hDU~5{wC
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); !Kg']4
/* --------------------------------------------- */ ?\, ^>4x?
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); usD@4!PoA
/* --------------------------------------------- */ -Z$u[L [c
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); aE9Y
|6
=!^
gQ0~4
QO(F%&v++
!p/?IW+
看了之后,我们可以思考一些问题: ?`rAO#1
1._1, _2是什么? VDbbA\
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。 v#/Gxk9eX
2._1 = 1是在做什么? @|c])
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。 QR'# ]k;>%
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。 w"s@q$}]8M
FZj>N(
k-=LD
三. 动工 aW&)3C2-x
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: s) shq3O
[A!w
>!xyA;
9"]#.A^Q*
template < typename T > ()l3X.t,$
class assignment @|vH5Pi
{ ^.!jD+=I
T value; WXY'%G
public : SI+Uq(k
assignment( const T & v) : value(v) {} ([dd)QU
template < typename T2 > @
gWd
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Bso#+v5
} ; Pa{
j/d}B_2
Wq1 jTIQ
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 !
I0xq"
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment KddCR&
1d<Uwb>
C'#)mo_@t
^0OP&s;"
class holder bT^dtEr[
{ M>]A!W=
public : l\*9rs:!
template < typename T > hDW!pnj1
assignment < T > operator = ( const T & t) const Wjw,LwB
{ jRS{7rx%MH
return assignment < T > (t); =\WF +r]V
} r@{TN6U
} ; LnI
4?'vP '
{}$7B p
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: EyE#x_A
Z_\p8@3aH
static holder _1; w31Ox1>s
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 QkdcW>:a7
hu.o$sV3;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); :lcq3iFn
而不用手动写一个函数对象。 ^!&6=rb
E=p+z"Ui
%'=*utOxy
zXn-E
四. 问题分析 o3 fc -
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。 tTLg;YjN
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。 05`"U#`:
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 lb-1z]YwQ
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 l?U=s7s0?
下面我们可以对这几个问题进行分析。 bx8](cT_
4VwF\
五. 问题1:一致性 m0"K^p
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?| USz~l7Xs
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 qUkMNo3
VI&x1C
struct holder FvxM
{ _s=H|#l
// lD/9:@q\V
template < typename T > 'BjTo*TB]Z
T & operator ()( const T & r) const ,twx4r^
{ esqmj#G
return (T & )r; Fz%;_%j
} e"nm< &
} ; b|d-vnYE
y2G Us&09
这样的话assignment也必须相应改动: iAwEnQ3h
50^ux:Uv+N
template < typename Left, typename Right >
p+h$]CH
class assignment D(AH3`*|#
{ 6}"c4^k6
Left l; dI{DiPho
Right r; ~|V^IJZ22
public : 69g{oo
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} `t~jHe4!Y
template < typename T2 > 2s\ClT
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } f2i:I1 p("
} ; 08`|C)Z!
o}OY,P
同时,holder的operator=也需要改动: *VZ|Idp
hH8&g%{2
template < typename T > $F2Uv\7=
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const dZU#lg
{ iVXt@[
return assignment < holder, T > ( * this , t); lK0ny>RB
} o|kykxcq
5X) 8Nwbc
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 fK J-/{|
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 @NiuT%#c
\CL8~
return l(rhs) = r; ANM#Kx+
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Ax;[ Em?I
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ?Y(
,QY$:f<
template < typename Tp > +1ICX
class constant_t <+roY"
{ ->sxz/L
const Tp t; jx: IK
public : q<JCgO-F<
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} }aZuCe_
template < typename T > ] G&*HMtp
const Tp & operator ()( const T & r) const %71i&T F
{ \i%'M%
return t; HN7CcE+l
} i5VZ,E^E
} ; )6OD@<r{
?[ xgt)
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Hr|f(9xA
下面就可以修改holder的operator=了 <^5!]8*O
2{-29bq
template < typename T > &9L4
t%As
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const /( Wq
{ zBF~:Uc`B
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); u_(~zs.N]
} ;tjOEmIiU
"o5]:]h)
同时也要修改assignment的operator() [jMN*p?
hsC T:1i
template < typename T2 > ]juPm8eF
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } X3.zNHN5
现在代码看起来就很一致了。 Fc~G*Gz~Z|
nf.Ox.kM)
六. 问题2:链式操作 -@pjEI
现在让我们来看看如何处理链式操作。 VW-qQe
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。 B~p%pTS+
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。 !J$r|IX5
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 FlqGexY5
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct @!sK@&ow@%
d54iZ`
template < typename T > @(t3<g
struct result_1 =+zDE0Qs
{ smP4KC"I(d
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; *_(X$qfoW
} ; |7qt/z
iQ'*QbP'Z
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: pRd.KY -<
z$~x 2<
template < typename T > o`bch?]
struct ref xye-Z\-t
{ g6GkA.!X$
typedef T & reference; %~u]|q<{
} ; ^P)f]GQx
template < typename T > D|-]<r1"
struct ref < T &> L5&M@YTH
{ #@R0$x
typedef T & reference; B
`(jTL
} ; Q+:y
]; w 2YR
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: P`Np+E#I
%B s. XW,
template < typename T > 2~4:rEPJ:
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const AZj&;!}
{ }A)\bffH
return l(t) = r(t); A;oHji#*
} UcRP/LR%C
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。 FK%b@/7s~
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ^HKXm#vAB
aJu&h2G
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 iC"iR\Qu
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: LrB
0x>
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 r&gvP|W%
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 @X==[gQ
最后的布局是: q+ax]=w
Add w#A)B<Y/"
/ \ (MwRe?Ih
Divide 5 ,}oAc
/ \ ;Afz`Se1@
_1 3 p~D}Iyww1_
似乎一切都解决了?不。 djd/QAfSC
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。 {}O~tf_
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。 P}R:o
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: -ng1RA>
mRk)5{
template < typename Right > +QChD*
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const #:K=zV\
Right & rt) const F/5&:e?( )
{ :eN&wQ5q
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); tsXKhS;/w
} +
G@N
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 zl0{lV
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。 Ak'=l;
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。 _imuyt".+
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。 {bj!]j
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。 #<{v~sVp&
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? MIMC(<
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: X/5m}-6d]
`#""JTA"
template < class Action > i]8O?Ab>?
class picker : public Action zakhJ
{ 2W AeSUX
public :
.-gJS-.c
picker( const Action & act) : Action(act) {} D,#UJPyg
// all the operator overloaded H$![]Ujq
} ; ,i>`Urd
Bf{u:TCK
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。 7;>|9k
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: q lc@$
!eX0Q 2
template < typename Right > i%2u>Ni^
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const GVY7`k"km
{ Q,U0xGGz
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); DAn2Pqf
} \"lz,bT
I G1];vX
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > %rwvY`\
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。 uwe#&