一. 什么是Lambda +
33@?fl.
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ZAUQJS 91E
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, ;._7jFj.
8&~~j7p,
no]z1D
wUQw!%?>
class filler 0iK;Egwm
{ TJ'[--
public : +$(2:S*r
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} K+8-9$w6
} ; Q7C;1aO
%4
XJn@J
EG0auzW?
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: J9Ou+6 u(
9,_mS{+B
] GTAq
ivz>dJ ?T
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); :ORR_f`>
}kK[S|XVO
4e;yG>
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 GbA.UM~
WN5`;{\
bi&*9K0
W4U@%b do
二. 战前分析 UybW26C;aU
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。 pY~,(s|Qb
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 b0A1hb[|
T<@ cd|`
Fxqp-}:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); n?ctLbg
/* --------------------------------------------- */ ~$ f;U
vector < int *> vp( 10 ); E55t*^`
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); !\#_Jw%y
/* --------------------------------------------- */ a/U2xq{x
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); PN<C=gAe
/* --------------------------------------------- */ G4;3cT3'
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); aKlUX
/* --------------------------------------------- */ ;?~$h-9)
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 1q3(
@D5~+
/* --------------------------------------------- */ R:AA,^Z
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); *" 98L+
>,gvb5
=rQP[ICs!
3
M10fI?
看了之后,我们可以思考一些问题: f%)zg(YlO
1._1, _2是什么? $GQ-(/
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 z%7SrUj2
2._1 = 1是在做什么? rVa?JvDO=
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。
|?,[@z _,
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 7`H
1f]d
X _G| hx
j:&4-K};Z`
三. 动工 |*X*n*oI
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: K+)%KP
+"}=d3E6
q4$+H{xB
jWO/
xX
template < typename T > GK}'R=
class assignment M9f?q.Bv
{ !k(_PM
T value; %Lrd6i_j
public : f0SAP0M3
assignment( const T & v) : value(v) {} T<joRR
template < typename T2 > 0T5=W U
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } =!UR=Hq
} ; /.eeO k
nL}5cPI
<0.$'M~E
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 KZe)K_1[
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment tYqs~B3
%tt%`0
J3b4cxm
.E~(h*NW
class holder nGf);U#K
{ u@P[Vb
public : omf Rs
template < typename T > cZ+7.oDu
assignment < T > operator = ( const T & t) const L~/qGDXC?
{ qxMnp}O
return assignment < T > (t); >x@P|\
} c<BO gNr
} ; XC3Kh^
'[(nmx'yVJ
M4LktR-[
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Gy Qm/I
}Y1>(U
static holder _1; w_4]xgS:
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 s;YKeE!8
W"xP(7X
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); NOK/<_/
而不用手动写一个函数对象。 >71&]/Rv
&&<9p;E
O^I[
(8Y8
KZ:8[d
四. 问题分析 /<3<.
~
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 geefnb
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 fKa\7{R
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 xg{HQQ|TC
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 j?|* LT$%7
下面我们可以对这几个问题进行分析。 hc$@J}`
~ZlC
'
五. 问题1:一致性 '7B"(dA&C
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| Bl1Z4` 3
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 rn:!dV[
8g7,2f/ }
struct holder kK~IwA
{ rt +..t\
// do>"[RO
template < typename T > ?68uS;
T & operator ()( const T & r) const |__=d+M'
{ QldzQ%4c\
return (T & )r; d(*fy}
} I#FF*@oeM
} ; td -3h,\\
? {F{;r
这样的话assignment也必须相应改动: -,":5V26
i"^<CR@e
template < typename Left, typename Right > baoD(0d
class assignment ]`w}+B'/
{ dd7 =)XT+
Left l; 2#/p|$;Ec'
Right r; 2$zU&p7sV
public : YY4-bNj[p
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} b }zBn8l
template < typename T2 > VLg
EX4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } *Wb=WM-.
} ; >^"BEG9i:
M`,XyIn
同时,holder的operator=也需要改动: "!Rw)=7O
^!;=6}Y R
template < typename T > bYh9sO/l
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const zy N (4
{ g>7Y~_}
return assignment < holder, T > ( * this , t); {lz G*4?
} a%J6f$A#
OalP1Gy
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。 FX,$_:f6Y
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 _8h8Wtif
bn 4
&O
return l(rhs) = r; c8QnN:n
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 -Ubj6 t_K
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: '3kcD7
#DP7SO
template < typename Tp > 2Q$\KRE
class constant_t GG'Sp53GE
{ 7-9;PkGG.A
const Tp t; =!-5+I#e
public : ^4`&EF
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} _&
4its
template < typename T > ^ZQCIS-R
const Tp & operator ()( const T & r) const LEc8NQs
{ DQ=N1pft2v
return t;
A@$fb}CF
} s5Fr)q// !
} ; FyEDt@J
%N~CvN@T
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 > 3 Ko.3&
下面就可以修改holder的operator=了 n'64;J5
iM64,wnA
template < typename T > .:;fAJPf
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const {u30rc"
{ Wm6dQQ;Bj
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); )hL^+Nn bR
} ^w6eWzI
5urE
同时也要修改assignment的operator() Y%vP#>h
2Yyb#Ow
template < typename T2 > %9c|%#3
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } +6%7CC 6
现在代码看起来就很一致了。 l6B.6
'4)w
T~Y g5J
六. 问题2:链式操作 W<gD6+=8
现在让我们来看看如何处理链式操作。 TJ2/?p\x
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。 Tj,Nmb>Q7'
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。 g+Ph6W
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。 h1%y:[_
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ?\yB)Nd y
:2q
?>\
template < typename T > p\txlT
struct result_1 AZ8UXq
{ pa]
TeH
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; -v*x V;[
} ; gv` h-b
|z7dRDU}]
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: c=t*I0-OVS
Z oTNm
template < typename T > ur xqek
struct ref w?ai,Pw
{ `p"U
typedef T & reference; V/UB9)i+
} ; ._BB+G
template < typename T > <jL#>L%%
struct ref < T &> $u,GVq~
{ "=`~iXT{e
typedef T & reference; A[Cg/
+Z
} ; w:tGPort
DM/hcY$MW
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: dt.-C_MO
zlX!xqHj
template < typename T > p[P[#IeL
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const GHrBK&
{ |2UauTp5yK
return l(t) = r(t); HU3Vv<lz
} /lUk5g^j
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。 /Y ^7Rl
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 c20|Cx2m
.5k^f5a
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 xDe47&qKM
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ]EX--d<_`
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 7+]F^
6
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 y84XoDQ
最后的布局是: 2vXGO|W
Add uk{J@&F
/ \ y%g`FC
Divide 5 ;G$)MS'nB
/ \ 9l=Fv6
_1 3 }moz9a
似乎一切都解决了?不。 #y`k$20"
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 e6es0D[>5
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 - coy@S=.'
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: K#U{<pUP
?',}?{"c
template < typename Right > Gm*Uv6?H?
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ht$ WF
Right & rt) const |=OpzCs
{ r?XDvU
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); C_89YFn+
} z5I^0'
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 K \m4*dOv
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。 6NKF'zh
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。 8|_K
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。 z7$}#)Z7
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。 g BH?l/
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? <e^6.!;W
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: bAdAp W
up7x)w:
template < class Action > )muv;Rf`e5
class picker : public Action ees^O{ 8
{ ?-M)54b\
public : Cg?I'1]o6
picker( const Action & act) : Action(act) {} K;kLQ2)
// all the operator overloaded /T4VJ{D
} ; }W)Mwu'W
_/8y1)I
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|-Ks|d|
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: ^K*~
<O-
j!"iYtgV
template < typename Right > \c'%4Ao
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 0I6499FQ
{ _fe0,
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); CYMM*4#
} ]qF<Zw7
%G^(T%q| m
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 4I+.^7d
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。 k.h^ $f
olslzXn7o
template < typename T > struct picker_maker 8:BQHYeJK
{ oO}>i0ax*
typedef picker < constant_t < T > > result; X$ejy/+.
} ; 3 pHn_R
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > U
&f#V=Rg
{ >dcqPNDg1^
typedef picker < T > result; 1_XO3P\
} ; nN!vgn
j
^S:cNRSW"
下面总的结构就有了: <(ubZ
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。 sd]0Hx[
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。 ($,iAb
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 /:Rn"0
至此链式操作完美实现。 CrT2#h 1#
'G3+2hah
KX$qM g1j
七. 问题3 B1up^(?
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。 o4U]lK$
0fZ:")&4,
template < typename T1, typename T2 > Y|Nfwqz
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const a'o}u,e5
{ ,OFq'}q
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); z1)$
} s n=zh1 A
W'm!f
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: ye56-T
Kn3YI9
template < typename T1, typename T2 > $&c<T4 $d
struct result_2 Cw@k.{*7,
{ DHSU?o#jY
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; KLj 4LOs
} ; 8-W"4)@b
Uv#>d}P
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? H,01o5J
这个差事就留给了holder自己。 j
P{:A9T\
]wJ}-#Kx
ZJ)3GF}4
template < int Order > `S uS)RhA)
class holder; e@6RC bj
template <> 8b8e^\l(
class holder < 1 > {-:4O\/
{ w i![0IE )
public : [w+yQ7P
template < typename T > 9;r48)5
struct result_1 u)N2
{ ptnMCF
typedef T & result; sj?`7kg
} ; /7!_un9
template < typename T1, typename T2 > >;T$#LZ
struct result_2 g>d7%FFn}
{ 1oXz[V
typedef T1 & result; YqK+F=0
} ; &/z+A{Hi
template < typename T > Z{8exym
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 60.[t9pk6
{ d;*OO xQV
return (T & )r; jb#1&L14
} |*/uN~[
template < typename T1, typename T2 > w%%6[<3%
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const QE`:jxyad
{ ~4p]E'b
return (T1 & )r1; $cp16
} FB?q/ _
} ; c%6 @ z
Y`E{E|J
template <> Xs.$2
class holder < 2 > &m