一. 什么是Lambda Qe_+r(3)k
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 yKYl@&H/%
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, \UOm]z
j(sLK
&
gt'*B5F(
47KNT7C
class filler 8+ov(B;(
{ GSP?X$E
public : YNI;h%w
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} yx2z%E
} ; C#0brCQq3
(i\)|c/a7
a~,Kz\Tt
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: "9w}dQ
&I%IaNco
avg4K*v v
#*^e,FF<
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); \Dfm(R
n,CD
!:3^ hb
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Yr=8!iR$
sds}bo
s'TY[
Y~}5axSPH
二. 战前分析 "mR*7o$|
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 ul$,q05nb
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 6(Vhtr2(*
J smB^
~T%Ui#Gc
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); H;QA@tF>5
/* --------------------------------------------- */ E:)Cp
vector < int *> vp( 10 ); LX\)8~dp
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); B X*69
/* --------------------------------------------- */ zd.'*Dj
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); `kFiH*5 %z
/* --------------------------------------------- */ r_^)1w
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Tpb"uBiXoo
/* --------------------------------------------- */ FI$XSG
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); grspt}
/* --------------------------------------------- */ `"c'z;
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); `;$h'eI9
->h5T%sn
"TNVD"RLY
@MOCug4
看了之后,我们可以思考一些问题: *1$
1._1, _2是什么? V#L'7">VP
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。 A@2Bs5F
2._1 = 1是在做什么? e\D|
o?v
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。 U7h(-dV
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。 ?`H[u7*%
P#MK
&<Zdyf?[Ou
三. 动工 8eN7VT eb
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: \x(^]/@
hO
\/
s1bU
g5Hr7Km
template < typename T > /OG zt
class assignment R&*@@F-dx
{ LTXz$Z]
T value; dxCPV6 XI
public : H O*YBL
assignment( const T & v) : value(v) {}
DkdL#sV
template < typename T2 > 'mE^5K
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 35_)3R)
} ; s6n`?,vw
APq7 f8t
@^&7$#jq%
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 mlB~V3M'G
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment nxfoWy
~8{sA5y
KP{3iUqvO
_{)9b24(
class holder s$ z2 c
{ T<yb#ak
public : u okc:D
template < typename T > 4x=(Zw_X
assignment < T > operator = ( const T & t) const
X{\jK]O
{ ),`8eQC
return assignment < T > (t); v+6e;xl8
} lP3h<j
} ; orqJ[!u)`
y'
[LNp V
Z9[+'ZWt
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: ||Y<f *
~=cmM
static holder _1; z_&P?+"Df
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 S-c ^eLzQ
pO]8
dE0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); j_GBH8`
而不用手动写一个函数对象。 >;9NtoE
#]Y*0Wzpfn
T$P-<s
/pykW_`/-
四. 问题分析 y
vI<4F
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 "@yyXS
r
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 "HK/u(z)
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 J'Sm0
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 :mZYS4L~
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Bm /YgQi
r,;\/^ u*
五. 问题1:一致性 tTuX\;G
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| =J/ FJb
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 {dzoEM[
1s
=;ICa~`C;
struct holder L'E^c,-x~
{ fYX<d%?7
// >cgpaj x*
template < typename T > tJU-<{8
T & operator ()( const T & r) const J=H)JH3
{ GLUUY0
return (T & )r; Ow/@Z7~
} ahGT4d`)9
} ; /XbW<dfl
#fDs[
这样的话assignment也必须相应改动: *C2R`gpBI
{HrZ4xQnpV
template < typename Left, typename Right > \TbVS8e^
class assignment )(TAT<
{ 5/@UVY9_
Left l; uQ3[Jz`y
Right r; goZ V.,w
public : <Ef[c@3
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} h-QLV[^
template < typename T2 > e.vtEQV9
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } J2M(1g)t9
} ; d%ME@6K)
Ed-M7#wY
同时,holder的operator=也需要改动: tSHFm-q`
0xMj=3']
template < typename T > @PSLs*
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const w/m:{c Hk
{ l,`!rF_
return assignment < holder, T > ( * this , t); @_yoX(.E&
} y7lWeBnC
XKU=oI0\j
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 <<zI\+V
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 5?u}#zO
|yY`s6Uq
return l(rhs) = r; ,wj"! o#
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 jndGiMA
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ?Bx./t><
~Xv=9@,h
template < typename Tp > qJv[MBjk3B
class constant_t r'4:)~]s
{ 55DE\<r
const Tp t; .\:J~(
public : j*R,m1e8
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} F-
rQ3
template < typename T > 7Y( 5]A9=
const Tp & operator ()( const T & r) const Ng=ONh
{ @g-Tk
return t; i$^ZTb^
} k%81f'H
} ; '7)"
(6gK4__}]
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 )"<8K}%!
下面就可以修改holder的operator=了 :d,^I@]
zfI}Q}p
template < typename T > Acm<-de
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const }
cNW^4F
{ ~Y!kB:D5;~
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); +OHGn;C
} U1R4x!ym4
E6MA?Ax&=
同时也要修改assignment的operator() TnH\O$
SNpi=K!yn
template < typename T2 > wdas1
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 3HC
现在代码看起来就很一致了。 }}{Yw
H=^K@Ti:
六. 问题2:链式操作 H)(jh
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Ey`h1Y
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。 Gc,_v3\
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。 @{HrJ/4%:&
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。 aUopNmN
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct vqdX^m^PY
obH;g*
template < typename T > 47>>4_Hz
struct result_1 DXR:1w[^
{ ~$,qgf
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 4'>1HW
} ; ml!5:r>
<[~,uR7
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 5K%Wa]W
{MBTP;{*~
template < typename T > }"s;\?a
struct ref MgMD\
{ lS5ny
typedef T & reference; b^CNVdo'
} ; L"(4R^]
template < typename T > H`QQG!
struct ref < T &> D-p.kA3MJ
{ 5Rv+zQ#GR
typedef T & reference; ^A_;#vK
} ; {8RFK4! V@
(P|pRVO
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: !nf-}ze{
t+ Bf#:
template < typename T > :!TIK1
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const FY3IUG
{ 5"KlRuv%
return l(t) = r(t); 3lxc4@Zmd
} L"+$Wc[|
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。 2f:^S/.A
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 evuZY X@
BOVPKX
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 ef"?|sn
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Dt}rR[yJ
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 _=XX~^I,
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ?}P5p^6
最后的布局是: ^"8wUsP
Add b{7E;KyY,
/ \ IVxWxM*N<
Divide 5 V|D]M{O
/ \ X@A1#z+s0]
_1 3 Jf;?XP]z
似乎一切都解决了?不。 ){;02^tX
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。 kL*0M<0 (
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。 qdD)e$XW,
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: N@T.T=r
vIGw6BJI
template < typename Right > fPa9ofU/kr
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ?}QH=&=^
Right & rt) const 2'0K WYM
{ uKr1Z2
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); SI:ifR&T
} 2 ][DZl
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 &