一. 什么是Lambda #cj6{%c4
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 (`SRJ$~f
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, USFDy
)o\jJrVDf
UzXE_S
pO8ePc@=D
class filler >iS`pb
{ t){"Tfc:
public : -(O-%
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} _qbIh
} ; {Fzs@,|W.
WL` 9~S
\*,=S52
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: p>_;^&>&
Vy_2 .
JG9` h#
Wrr cx(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); :4^\3~i1X
hFiIW77s2
piU/&
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 G_> #Js
_+
.\@{c
o)OUWGjb/K
9-]i.y
二. 战前分析 DGevE~
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 ,f1q)Qf
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 >~K
qg~
@ym/27cRE
jy]JiQB
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); `DT3x{}_S
/* --------------------------------------------- */ tzy'G"P|
vector < int *> vp( 10 ); )xb|3&+W
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Rb(SBa
/* --------------------------------------------- */
aR,}W\6M
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); TYI7<-Mp:[
/* --------------------------------------------- */ >vuY+o;B
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); wvrrMGU)a
/* --------------------------------------------- */ 7\ nf:.
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' );
9CCkqB/
/* --------------------------------------------- */ *D'$"@w3
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); q~o,WZG
+za8=`2o
U^qt6$bK
'ejvH;V3i
看了之后,我们可以思考一些问题: " R8KQj
1._1, _2是什么? Hcc"b0>}{
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Ela-,(Glk
2._1 = 1是在做什么? M-i_#EWP
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 &Q}*+Y]G
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 rHP%0f9:
&-5_f*{
_-5,zPR
三. 动工 tgjr&G}a@0
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: _z[#}d;k
<cA/<3k)
J)mhu}
%F kMv
template < typename T > 4(-bx.V
class assignment 1 { , F
{ 1^i Pji/
T value; M>M`baM1
public : erVO|<%=R
assignment( const T & v) : value(v) {} %T7nO %p
template < typename T2 > 5s{ABJ\@V
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 0euuT@_$
} ; Q:ezifQ
6%Be36<
`GXkF:f=
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ?YeWH
WM
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment %%cHoprDa
={hX}"*D
JoSJH35=:
9:I6( Zv0
class holder %r4q8-
{ 6i0A9SN
public : aTf`BG{kw
template < typename T > j[Uxa
assignment < T > operator = ( const T & t) const 7<H
|QL&
{ LHJ":^
return assignment < T > (t); ~Y.tz`2D
} o!Rd ^
} ; 'Wa,OFd\8
si4don
C{2xHd/*
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: m! U9m
OM{WI27
static holder _1; inlk++Og
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 )Fb>8<%
4[r/}/iGo
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ~{}#)gGU
而不用手动写一个函数对象。 Y<0 4RV
#2iD'>bQ
wp7!>%s{
|a{Q0:
四. 问题分析 )/t?!T.[
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。 C;(t/zh
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。 Ge d [#Q
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 lD mtQk-SN
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 r\;ut4wy
下面我们可以对这几个问题进行分析。 YIR
R=qpn
W-/}q0h
五. 问题1:一致性 j5I`a 1j`
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?| 6=N`wi
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 :rP#I#,7w
n<B<93f/
struct holder /pp1~r.s?>
{ j1 =`|
// cwV]!=RtO
template < typename T > 5[n(7;+gw
T & operator ()( const T & r) const gl&5l1&
{ h~wi6^{&Y
return (T & )r; 5{$LsL
} OxGE%R,
} ; e6_ZjrQf
n&A'C\
这样的话assignment也必须相应改动: ^T~gEv
CIVnCy z
template < typename Left, typename Right > -l}IZY
class assignment [=%TnT+^9
{ _20#2i&
Left l; i_][PTH
Right r; w{k)XY40sW
public : dJ?XPo"Cm=
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Cye$H9 2
template < typename T2 > ={?vAb:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 7H>@iI"?
} ; n[YEOkiG
yz2Ci0Dwy
同时,holder的operator=也需要改动: t*@z8<H
KgN)JD>
template < typename T > +y 87~]]
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const WL+]4Wiz
{ L#)(H^[
return assignment < holder, T > ( * this , t); w-@6|o,S
} sE{ pzPq!
>R/$1e1Y
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 g,:j/vR
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 _Jv
9F8v
&Z?ut*%S
return l(rhs) = r; 6oSQQhge
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ASPy
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: h d~$WV0#
U:F/iXz
template < typename Tp > 4.RG4Jq
class constant_t ~XeFOMq
{ a}Sd W
const Tp t; PA w-6;
public : 4 g.
bR
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 1009ES7*
template < typename T > a(]`F(L
const Tp & operator ()( const T & r) const XBQ\_2>
{ #"fJa:IYG7
return t; d2s OYCKe
} E2L(wt}^
} ; t:LcNlN|
VOsqJJ3
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 `]Bxn)b(
下面就可以修改holder的operator=了 {A|TowBN
;v
template < typename T > jEXW
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const DP/J(>eG
{ P'MY[&|mM'
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Jw~( G9G
} ``ekR6[ 8c
i*R,QN)
同时也要修改assignment的operator() fri0XxF
v}^5Rp&m
template < typename T2 > -yDs<
Xl
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ~7!7\i,Y8\
现在代码看起来就很一致了。 w#i[_
97!>%d[0
六. 问题2:链式操作 z'p:gv]
现在让我们来看看如何处理链式操作。 l8K5k:XCU3
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。 p1c3Q$>i
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 >MJ?g-
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 I|$
RJkD
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct A$g+K,.l
G1 o70
template < typename T > :`)~-`_
struct result_1 M\b")Tu{0
{ PN+G:Qv
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; z=&z_}M8
} ; 0:KE@=
e$c?}3E!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: <ktzT&A
)x#5Il
H
template < typename T > j\RpO'+}
struct ref M9!AIHq4
{ _B2V "p
typedef T & reference; R6 XuA(5
} ; }G$]LWgQx
template < typename T >
yz+, gLY
struct ref < T &> t)oa pIeIe
{ "x'),
typedef T & reference; B@Nt`ky0*
} ; ,~zj=F
Q-rL$%~='
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Y<\^7\[x
W&:[r/8wA
template < typename T > J` {6l
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const +a=
0\lpOy
{ #n\C
|
return l(t) = r(t); O$`UCq
} l6[lJ0Y
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 \F, DA"K_
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 !~<siy
Q4s&E\}
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 O gmO&cE
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: v;y0jD#b
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 nD"~?*Lt
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 64Gi8|P
最后的布局是: z41_oG7
Add 3HyhEVR-#~
/ \ O\;= V`z-
Divide 5 !}3,B28
/ \ P];JKE%
_1 3 151tXSzLT
似乎一切都解决了?不。 V[pvJ(
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 C-P06Q]
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 c.H?4j7ga
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ghk5rl$
NCA{H^CL
template < typename Right > @D`zKYwX1
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const D
y6$J3 r
Right & rt) const sPNfbCOz
{ (g :p5Rl
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); E(<LvMiCa
} +V v+K(lh$
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ZeasYSo4P
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。 dTEJ=d40
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。 5T4"j;_.BL
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。 jj\ [7 O*
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。 {gf>*
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? ;Hm'6TR!
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: Kn+=lCk
b`cYpcs
template < class Action > \9)[#Ld
class picker : public Action <2
{ _J?SIm
public : zW{ 6Eg
picker( const Action & act) : Action(act) {} Wf02$c0#K
// all the operator overloaded 5IMSNGS
} ; {g/wY%u=
hN`gB#N3
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。 v@ONo?)
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: {j(4m
X7aXxPCq1
template < typename Right > ](r
^.k,R
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 2xmk,&s
{ (0*v*kYdL+
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); nYv#4*
} ]>:^d%n,}
0yof u
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 67<CbQZoN3
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。 J;~|ph
1JTbCS
template < typename T > struct picker_maker 0V11#
{ 3
%(Y$8U
typedef picker < constant_t < T > > result; EHf)^]Z
} ; :q2YBa
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > K, (65>86;
{ }(i(Ar-
typedef picker < T > result; Mps
*}9
} ; H$!-f>Rxa
'ND36jHcRD
下面总的结构就有了: C@dGWAG
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。 F%6*Df;cSe
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。 5ouQQ)vA
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 qR,.W/eS8
至此链式操作完美实现。
';l fS
. A<sr
+80 2`eax
七. 问题3 LZWS^77
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。 |Mg }2!/L
AF#_nK)@
template < typename T1, typename T2 > O.:I,D&]
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const `!c,y~r[
{ .K9l*-e[=
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); %<U{K;
} .Vx|'-u
$^vP<
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: ;e;\q;GP
NXgRNca
template < typename T1, typename T2 > hYvNcOSks
struct result_2 BF|*"#s
{ J9@}DB
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 5gNLO\
} ; !P|5#.eC
IhW7^(p\
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? D3?N<9g
这个差事就留给了holder自己。 Qyj(L[K J
|QYZRz
oa0X5}D
template < int Order > J/S{FxNe]
class holder; ^@_).:oX7
template <> ZO7bSxAN-
class holder < 1 > {'IFWD. 5
{ {% F`%_{"
public : VN|G5*
template < typename T > Pf8u/?/
struct result_1 fNxw&ke8&
{ :HZ;Po
typedef T & result; 1pCkWe
} ; 7zI5PGWw
template < typename T1, typename T2 > $9i9s4u^
struct result_2 PRpE$`WK
{ G]lvHD
typedef T1 & result; IIP.yyh>
} ; 2Guvze_bU
template < typename T > *]!l%Uf%
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const (UzPkl kZ
{ iBHw[X,b
return (T & )r; F50JJZ
} eUs-5
L
template < typename T1, typename T2 > )VY10R)$
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 5+y`P$K@
{ "A7<XN<
return (T1 & )r1; 0ny{)Sd6um
} R92R}=G!
} ; K`gc 4:A
l:z};
template <> FQ## 397
class holder < 2 > 7:kCb[ji"
{ ;Vo mFp L
public : =, TS MV
template < typename T > `e*61k5
struct result_1 b Fn(w:1Q
{ PSEWL6=]N
typedef T & result;
?360SQ<
} ; N?^_=KE@
template < typename T1, typename T2 > .D3`'K3t{[
struct result_2 ^N{X "
{ \P@S"QO
typedef T2 & result; ]-EN/V
} ; _Y7:!-n}
template < typename T > x:C@)CAr
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const !OQuEJR
{ Loc8eToZ
return (T & )r; +I.v!P!^
} FoLDMx(
template < typename T1, typename T2 > '8={ sMy
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const =SL^>HS.fo
{ S| "TP\o
return (T2 & )r2; PHl4 vh#E!
} uH]
m]t
} ; GDmv0V$6
]gHLcr3
w<mqe0
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 %Y 2G
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: 0/*X=5
首先 assignment::operator(int, int)被调用: q06@SD$
4%>+Wh[
return l(i, j) = r(i, j); ^@N`e1
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) (l2<+R%1
gQ,4xTX
return ( int & )i; ;3
dM@>5[
return ( int & )j; ?M]u$Te/.
最后执行i = j; X$ PS(_M
可见,参数被正确的选择了。 }Oh5Nm)
_]_L F[
'Dq"e$JM<
O E]~@eU
CL )%p"[x
八. 中期总结 8ur_/h7
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: r.Lx%LZ\^
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 sHF%=Vu
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 XC2Q*Z
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor .:SfMr;G
MKe *f%
I'P.K| "R
P1e5uJkd
~"\P~cg0J
.;j"+Ef
九. 简化 /:^tc/5U]
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。 h4h d<,
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 #W.bZ]&WA
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: ;wpW2%&
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 R<t&F\>
+-*/&|^等 8db6(Q~P
2. 返回引用。 *eMLbU7
=,各种复合赋值等 WE7>?H*Ro
3. 返回固定类型。 R,XD6' Q
各种逻辑/比较操作符(返回bool) bf{Ep=-
4. 原样返回。 we
@Y w6<
operator, y.%i
5. 返回解引用的类型。 cx<h_
operator*(单目) Us*Vn
6. 返回地址。 DU(X,hDBF
operator&(单目) Scf.4~H 0
7. 下表访问返回类型。 &