一. 什么是Lambda z[7j`J|Kk
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 D~KEjz!bQ
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, hXvg<Rf
?5%0zMC
#$<7
yK1Z&7>J>
class filler ]5!}S-uJq
{ %T.4Aj
public : }'?N+MN
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} '
9K4A'2[
} ; s'&/8RR
=Ws-s f]
mP1EWh|
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: }RGp)OFY&
&&N]u e@>
y~&R(x~w
uP'x{Pr)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); *3S./C}
ur'a{BI2R
'>GZB
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 H#/}FoBiS
LK
"47
IX!Q X
XJ3 5Z+M
二. 战前分析 $1Lm=2;U
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 i7qG5U
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 0?D`|x_
R:=
%gl!
h\ZnUn_J
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1:3I G=
/* --------------------------------------------- */ Q%.V\8#|V
vector < int *> vp( 10 ); Kr$ w"]
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); CM ; r\,o
/* --------------------------------------------- */ G0Q8"]
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); {Jv m *
/* --------------------------------------------- */ BE54^U
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ` |p3@e
/* --------------------------------------------- */ wnf'-dw]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); .A: #l?
/* --------------------------------------------- */ L'1p]Z"
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); s!\:%N
)G7")I J/X
x Z3b)j2D
*vx!twu1o
看了之后,我们可以思考一些问题: +="?[:
1._1, _2是什么? Q4gsOxP
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。 +?xW%omy
2._1 = 1是在做什么? ~ccwu
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。 JEF2fro:Z
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。 oW:p6d
L-7?:
)qGw!^8
三. 动工 e8HGST`
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 8pc=Oor2Tv
+w~<2Kt8
pw^$WK
WU:~T.Su
template < typename T > ;\N{z6
class assignment G(LGa2;Zg
{ ?GdoB7(%
T value; }i32
public : Pt/dH+r`%
assignment( const T & v) : value(v) {} 5ua`5Hb;
template < typename T2 > gr\UI!]F
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } .OLm{
} ; ar-N4+!@
%3L4&W_T
_]SV@q^
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 |hsg=LX
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment [.M<h^xrB
y.$/niQ%
efj[7K.h
ZzU3j ^
class holder d!+8
{ [P5+}@t
public : o6JCy\Bx
template < typename T > 9,7IsT8
assignment < T > operator = ( const T & t) const ;^waUJ\Z
{ y be:u
return assignment < T > (t); V%F^6ds$]0
} 3P{
d~2
} ; #KC& ct
MP5
vc5[
Hw 7
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: F iZe4{(p
9#K,@X5 j
static holder _1; w+QXSa_D
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ^_6.*Mvx
fi5x0El
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Z=VAjJ;i[
而不用手动写一个函数对象。 @"
-[@
K`|%-k+D
UY@^KT]
8lG@8tbW^
四. 问题分析 #t.)4$
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。 zZrUS'8
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。 clE_a?
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 {Kn:>l$*7
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 xign!=
下面我们可以对这几个问题进行分析。 aS
]bTYJ'
z8HOig?
五. 问题1:一致性 2g>4fZ
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| Y?cdm}:Ou
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 eko$c,&jY
-6wjc rTD
struct holder &L&6y()G
{ nVkPYeeT
// J2rw4L
template < typename T > 4bV&U=
T & operator ()( const T & r) const JmHEYPt0
{ (/x%zmY;/U
return (T & )r; nE_g^
} u4
##*m
} ; U^ bF}4m
%Vf3r9
z
这样的话assignment也必须相应改动: Q8]lz}
ulY8$jB
template < typename Left, typename Right > /oA=6N#j
class assignment mmE!!J`B
{ {0a (R2nB
Left l; L>4!@L5)
Right r; du,mbTQib
public : [sx J<
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ,,U8X [A
template < typename T2 >
58S >B'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } {bQi
z
} ; xa7~{ E,
sL;
同时,holder的operator=也需要改动: >A'Q9Tia;
azEN_oUV
template < typename T > {51<EvyE*
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const O[9>^y\,
{ |=R@nn
return assignment < holder, T > ( * this , t); dvPK5+0W?
} "x;|li3;
K) e;*D
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 {#-I;I:
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 qfRsp
rRI"
2)_Zz~P^f
return l(rhs) = r; IP#w
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 BZ2frG\0&I
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 0rnne
L
Z/Vb _
template < typename Tp > Me*woCos'
class constant_t ~"eQPTd
{ XsOz
{?G
const Tp t; l1<]pdLTR
public : dm;C @.ML
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} }f/xMp-Y
template < typename T > FLWQY,
const Tp & operator ()( const T & r) const w.AF7.X`1
{ 6p=OM=R
return t; rsr}%J
} W~EDLL Z
} ; V:<NQd
6[\b]I\Q
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 OI@;ffHSW
下面就可以修改holder的operator=了 {x&"b -
>gj%q$@
template < typename T > ymNL`GYN[
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Ptj,9bf<\
{ S"}G/lBx.
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); WUEjWJA-MB
} E~[v.3`
M1>2Q[h7
同时也要修改assignment的operator() Wciw6.@
2 q4dCbJ!
template < typename T2 > u]<7}R@s
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } oRp;9
现在代码看起来就很一致了。 khXp}p!Zm
.>/Tc
六. 问题2:链式操作 g8+Ke'=_
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ,PmQ}1kGW
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。 `W&:*
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。 k&<cFZU
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。 be@\5
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct \J)ffEKIp
)MV`(/BC*
template < typename T > 0 It[Pa qG
struct result_1 cx+li4v
{ XIS.0]~
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; '4T]=s~N
} ; ,_G((oS40
QTy xx
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: f@G3,u!]i
<'Ppu
template < typename T > :J
7p=sX
struct ref kdr?I9kwW
{ !F^j\
typedef T & reference; >Rnj6A|Q
} ; FQ"
;v"
template < typename T > :o2^?k8k
struct ref < T &> bVLuv`A/
{ Xa=M{x
typedef T & reference; K3CTxU(
} ; ?zS
t
J)148/
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: JGLjx"Y
JA")L0a_
template < typename T > ?;q
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Y{Yp N
{ #3+-vyZm
return l(t) = r(t); Z'u:Em
} )P)Zds@F
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。 | e&v;48
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 =Wgz\uGJ
2c%*u {=:
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 #iZ%CY\
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ^Z6N&s#6
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 $<]G#&F
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 C>A*L4c]F
最后的布局是: JQ[~N-
Add @P$_2IU"
/ \ f^EDiG>b`
Divide 5 /d1
B-I
/ \ 65@,FDg*i
_1 3 kS\A_"bc
似乎一切都解决了?不。 KRL9dD,&
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。
>k\lE(
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。 &*w)/W
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: 7yp}*b{s
Gtyy^tz[
template < typename Right > c~bTK"
u
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const qjtrU#n
Right & rt) const z }t{bm
{ F74^HQ*J
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); uyp|Xh,
} wM2[i
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 GadZ!_.f
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。 xe=/T#%
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。 Lwy9QZL
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。 P
~sX S
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。 xUKn
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? nc0!ag
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: C2Pw;iK_t
jTDaW8@L
template < class Action > 0Ud.u
class picker : public Action 2#^@awJ ?
{ m\XgvpvrP
public : ['G@`e*\
picker( const Action & act) : Action(act) {} hxedQvW
// all the operator overloaded 9q4%s?)j
} ; O6P{+xj$
QoU0>p+2
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。 NI1jJfH|l
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 $Jq
Kt 0
3F$
template < typename Right > gbl`_t/
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const }8zw| (GR,
{ sfN6ro
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ~.dmfA{
} 7e`ylnP!
C5W}
o:jE
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > H J8rb
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。 {dbPMx
U6B-{l:W
template < typename T > struct picker_maker zx(=ArCRr
{ 9/@7NNKJ
typedef picker < constant_t < T > > result; 3=)!9;uY
} ; 8ph*S&H
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > <z=d5g{n
{ p ow.@
typedef picker < T > result; @5C!`:f
} ; k3w(KH@
5 wT
e?
下面总的结构就有了: pc=f,
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。 yLDv/r
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。 @u.%z# h"1
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 7a0kat'\
至此链式操作完美实现。 $4&%<'l3I
E &wz0d;gf
Pf 4b/w/
七. 问题3 $N[R99*x8
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。 .[qm>j,
H/v|H}d;
template < typename T1, typename T2 > zFq8xw
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Hl3%+f
{ =MsQ=:ZV
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); %#zqZ|q
}
_T{
"F
9?IvSv}z
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: B F,8[|%#
RAh4#8]
template < typename T1, typename T2 > $YNW T\FE
struct result_2 '&OJ hLE
{ s_p\
bl.
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; FVgE^_
} ; /3!c
;(
DC-tBbQkk
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢?
'Pm.b}p<
这个差事就留给了holder自己。 CBVL/pxy
#ox&=MY
RdirEH*H
template < int Order > 8vK$]e36
class holder; Y]33:c_;Mo
template <> ^qro0]"LD
class holder < 1 > L2j7w006
{ >p[skN
public : lO>9Q]S<
template < typename T > -fA1_ ?7S
struct result_1 DMc H, _(
{ k-zkb2
typedef T & result; ]'[(MH"
} ; CH ojF+e
template < typename T1, typename T2 > C~r(*nr
struct result_2 A.%MrgOOX
{ ,?k~>,{3
typedef T1 & result; 0<n*8t?A-
} ; z87_/(nu
template < typename T > u5 1%~
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const `/4R$E{
{ DA(ur'D
return (T & )r; / p PSo
} *wd@YMOP
template < typename T1, typename T2 > xaSg'8-
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ]((Ix,ggP
{ _Z>I"m
return (T1 & )r1; {j!jm5
} ?e. Ge0&
} ; O
#
43HZ)3!me
template <> &l0-0T>
class holder < 2 > FB\lUO)U\c
{ us0{y7(p
public : 0&@pD`K e
template < typename T > l5*sCp*Z
struct result_1 6HK
dBW$/
{ =rB=! ;
typedef T & result; Jj:Bi&C
} ; JR_s-&