一. 什么是Lambda NjbIt=y
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 h?Lp9VF
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, |OiM(E(
5)C`W]JE
BG8`B'i
&3$FkU^F6
class filler |Ae7wXOs
{ * hmoi
public : *]:J@KGf
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} s`en8%
} ; watTV\b
Vg~10Q
'{w[).c.
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: ye-[l7
`ES+$ O>
`96MXP
z|8zNt Ug
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); VG_xNM
}5AA}=
[]G@l. ]W
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 VCzb[.
G
2`hEX%
++ZP
X'|
9-Z?
二. 战前分析 7Ue&y8Yf
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。 w7c0jIf{
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 XS$#\UQ
:_|Xr'n`A
>8|V[-H
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); D63?f\
/* --------------------------------------------- */ Z*n4$?%W
vector < int *> vp( 10 ); -/:!AxIH
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); NiYT%K%
/* --------------------------------------------- */ C;?<WtH
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); +;,X?E] g
/* --------------------------------------------- */ %\L{Ud%7
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 5+2qx)FZ
/* --------------------------------------------- */ :F_>`{
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ^Y%<$IFG
/* --------------------------------------------- */ 6_&S
?yA
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); "E@A~<RKP
z31g"
nRyx2\Py+
y eam-8
看了之后,我们可以思考一些问题: vVZ+u4y
1._1, _2是什么? \opcn\vW
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 .X5A7 m
2._1 = 1是在做什么? F:sUGM,
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 {e5-
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 {55f{5y3
c
H<tU[U=G
"xNP"S
三. 动工 i91k0q*di
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: TR%8O;
7m %[$X`
BMtk/r/
shEAr*u
template < typename T > N85ZbmU~
class assignment FNs$k=*8
{ @{Dfro
T value; .7M.bpmqE
public : SkmKf~v
assignment( const T & v) : value(v) {} $b[Ha{9(v
template < typename T2 > R8 LHwRQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Jl1\*1"
} ; n5#QQk2
hj\A-Yf
bYmk5fpRG
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 pgs<Mo$\%B
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment T7-yZSw-m
Dw>)\\n{Kl
QQ=Kj%R
<\$?.tTZ{
class holder E.*gKfL
{ ^%m{yf#
public : w}s5=>QG%
template < typename T > D< kf/hj
assignment < T > operator = ( const T & t) const ?M^qSo=/~
{ 3.9/mztS
return assignment < T > (t); Dk&(QajL
} ~pHuh#>
} ; j{johV+`8
A]1dR\p
BSy{"K*M
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: JmeE}:5lpj
A%X=yqY
static holder _1; #M<YNuE#"
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 F'"-aB ~
i(ZzE
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); HCx0'|J
而不用手动写一个函数对象。 ~'|^|*}~Dj
ysCK_
4l>U13~#
`sA xk
四. 问题分析 'blMwD{0&\
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。 0~P]Fw^w
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。 ;mg.} fI
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 FLZ9Rg
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 8hYl73#
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ?2R!n"m-d
g}IOHE
五. 问题1:一致性 O.Y|},F
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?| r;{ggwY&J
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 H0jbG;
8C[eHC*r
struct holder WYP\J1sy
{ fqBz"l>5A
// (XlvPcTi
template < typename T > /q8B | (U
T & operator ()( const T & r) const ?NvE9+n
{ v$+A! eo
return (T & )r; J1w3g,
} @BPQ >
} ; O S#RCN*
{:=W)
37U
这样的话assignment也必须相应改动: Aar]eY\
.wUnN8crQ
template < typename Left, typename Right > K:% MhH-
class assignment 0!RP7Sx
{ 7HQL^Q
Left l; "kC6G%
Right r; &ld<fa(w+2
public : lHPnAaue@
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} yE.st9m
template < typename T2 > -[&Z{1A4x4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } gI9nxy
} ; 8k)*f+1o
2
E?]!9T~|
同时,holder的operator=也需要改动: Y]Z&
2Nx:Y+[
template < typename T > 9P,[MZ
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const _zzT[}
{ 6`%|-o
:
return assignment < holder, T > ( * this , t); G(wstHT;/
} 2Dt^W.!
AZ4:3}
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ^uphpABpD
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Z15=vsV
5q'b
M
return l(rhs) = r; r\}?HS06
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ,7Ejb++/M,
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Yakrsi/jV}
XH0o8\.
template < typename Tp > [O} D^qp
class constant_t .:4*HB
{ I+ 3qu=
const Tp t; 6xY6EC
public : vl6|i)D
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} }}u`*&,g
template < typename T > &;WK=#
const Tp & operator ()( const T & r) const S,udpQ7
{ U>00B|<GJ
return t; kGC*\?<LmR
} >wL!`:c'"
} ; "=KFag
MRZN4<}9
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ZsCwNZR
下面就可以修改holder的operator=了 4E}Q<?UYSt
b|G~0[g
template < typename T > :7X{s4AU6
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const nr8#;D
{ ,aq>9\pi
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); V$:%CIn
} b|may/xWH
~p:hqi1+<+
同时也要修改assignment的operator() /VP #J<6L
t/%[U,m
template < typename T2 > tUW^dGo.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } {5HQ=&
现在代码看起来就很一致了。 gz uWhQo
Fp"c {
六. 问题2:链式操作 9b&;4Yq!f
现在让我们来看看如何处理链式操作。 \VI0/G)L
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。 lp5'-Jo
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^cnNx
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。 '/rU<.1
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct =3rf}bl2
:oYSvK7>
template < typename T > *-.`Q
struct result_1 ]/3!t=La
{ EZVgTySd
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; p2fzbBt
} ; ?5;wPDsK
^vv1cft
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: 8Fbt >-N<\
.QA1'_9
template < typename T > Tc>g+eS
struct ref 0,):;OI
{ ^y93h8\y
typedef T & reference; jeO`45O
} ; 0"N4WH O
template < typename T > u-bgk(u
struct ref < T &> +afkpvj8
{ w@YPG{"j
typedef T & reference; Q,tjODc6n
} ; /QCg E~
aI}htb{m`
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: FPZ@6
@at*E%T[
template < typename T > "(~fl<;
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const kp!(e0n
{ paYS<8In
return l(t) = r(t); kQ_Vj7
} 9x(t"VPuS
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。 V`i (vC(
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Zs;c0T">
9"L!A,&'
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 { i4`-w
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ,6f6r
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Se\iMs
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Q&@<?K9
最后的布局是: Y{@foIZ
Add pe).
/ \ Xi+l 1xe
Divide 5 `r}a:w-
/ \ Y(ClG*6 ++
_1 3 *_Ih@f H
似乎一切都解决了?不。 ADP3Nic
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。 <]#_&Na
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'E3_dj+
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: BvH I}=
-- IewW
template < typename Right > lQt,(@7]
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const !:uh? RW
Right & rt) const bGwj` lue
{ B4c;/W-
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 5nmE*(
} *13-)yfd
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 M0)ZJti
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。 Fa </
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。 OU^I/TU
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。 RaymSh
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。 y.gNjc
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? ;7JyL|2
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: us<dw@P7{
Y9%zo~]-W'
template < class Action > c"Q9ob
class picker : public Action V4W(>g
{ $%ztP
Ta
public : D*_.4I
picker( const Action & act) : Action(act) {} uMZ<i}
// all the operator overloaded qA25P<