一. 什么是Lambda ;FUd.vg{
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 {sLh=iK
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, Y`wi=(
wC19
R=l/EK
@({65 gJ*
class filler P&K~wP]
{ uv$y"1'g
public : N^)OlH
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ty ~U~
} ; $d'Gh2IGA
J<2N~$
28-@Ga4
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: .._wTOSq
ev>: 3_ s
"2)T=vHi#
^U52
*6
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); &wJ"9pQ~6E
I$YF55uB
g$ h!:wW
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 qz 'a.]{=
3KGDS9I
z~F!zigNAc
qhogcAvE
二. 战前分析 bAgKOfT
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。 u{si
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 "|hmiMdGB
wi!Ml4Sb
`Tab'7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); mesR)fTI
/* --------------------------------------------- */ >y1/*)O9~
vector < int *> vp( 10 ); '+$2<Ys
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); DpA)Z??
/* --------------------------------------------- */ :U~[%]
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ]p~XTZgW
/* --------------------------------------------- */ J &c}z4
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); +s`n]1HC
/* --------------------------------------------- */ $
_ gMJ\{
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ruoiG?:T
/* --------------------------------------------- */ hI"I#(*jA%
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); SgJQH7N
zU(U^
zITXEorF!J
jv W/M.q4
看了之后,我们可以思考一些问题: &AW?!rH
1._1, _2是什么? ='~C$%
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。 >J4_/p>Qs
2._1 = 1是在做什么? &cZD{Z
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。 T\OLysc
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-)Y\D
na <g
/&
*F=wMWa
三. 动工 \i{=%[c
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: J|s4c`=
KnlVZn[3t
WO]dWO6Mm
$AoN,B>
template < typename T > @}#$<6|
class assignment FX\ -Y$K
{ Jyvc(~x
T value; d"$ \fL
public : 9^`G `D
assignment( const T & v) : value(v) {} UeE&rA]
template < typename T2 > /+%1Kq.hP
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 8He^j5
} ; 1'M<{h<sP
(G:$/fK
ceAK;v
o
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 V"gnG](2l
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment U1B5gjN
koe&7\ _@
6Vi #O^>
aM~M@wS
class holder pkhZW8O
{ B\9ymhx;g%
public : s(F^P
template < typename T > eo"6 \3z
assignment < T > operator = ( const T & t) const 5WY..60K,
{ 9J*m!-hOY
return assignment < T > (t); %
`\8z
} ]e 81O#t3
} ; Bx2E9/S3
P5kkaLzG
q
f-1}
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: (V}DPA
x-Yt@}6mvl
static holder _1; 19h8p>Sx0
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ,:j^EDCsaJ
\%f4)Qb
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); { 6*h';~
而不用手动写一个函数对象。 -fn["R]
'Q?nU^:F#
gtJUQu p2
| \ C{R
四. 问题分析 -TSn_XE
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 D O(FG-R
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 s9zdg"c'
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 JuKj
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 9["yL{IPe
下面我们可以对这几个问题进行分析。 j'I$F1>Te
UII R$,XB
五. 问题1:一致性 3T%WfS+
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?| /EA4-#uw
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 fo^M`a!va0
Wl?*AlFlk
struct holder C
3b
{ S2w|\"
// -%NT)o
template < typename T > ts
aD5B
T & operator ()( const T & r) const Cir==7A0
{ 7?dB&m6W
return (T & )r; Y6 ,< j|
} T1LtO O
} ; -6aGcPq
ym{?vY
h
这样的话assignment也必须相应改动:
3_+-t5
/|bir6Y:
template < typename Left, typename Right > >x eKO2o
class assignment 120<(#
{ Ul)2A
Left l; ebcGdC/%>
Right r; ubju uha"
public : "9>~O`l,
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 3W5|Y@0
template < typename T2 > %
Lhpj[C
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } kzMCI)>"
} ; %F` cNw]
%e+hM $Q
同时,holder的operator=也需要改动: k:nr!Y<
a]Bm0gdrO
template < typename T > x@;XyQq
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const =hH>]$J[
{ DyD#4J)E
return assignment < holder, T > ( * this , t); :MV]OLRM
} {+0]diD
-SGR)
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。 pn{Mj
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 &HNJ'
[-x~Q[
return l(rhs) = r; <!v^Df
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。 ,2qJXMg"=$
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ]8NNxaE3 (
hc4<`W{
template < typename Tp > Xw(e@:
class constant_t rW0# 6
{ CS)&A4`8
const Tp t; G|Yw
a=
public : L= O,OS+
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} &cV$8*2b^
template < typename T > Oz#$x
const Tp & operator ()( const T & r) const dE7 kd=.o
{ fIu5d6;'
return t; vvU;55-
} )l[<3<@s
} ; (\{9W
2`Ub;Nn29
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 /pan{.< k
下面就可以修改holder的operator=了 b8P/9D7K?
QXY-?0RO#
template < typename T > ^o+2:G5z}
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const q(M[ij
{ S7N3L."
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); hZ Gr/5f
} IHZ WNT2
'Cd8l#z7
同时也要修改assignment的operator() IsxPm9P2<
{+r
pMUs#
template < typename T2 > BG_m}3j
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } s-Q-1lKV,
现在代码看起来就很一致了。 `<i|K*u
LzB)o\a
六. 问题2:链式操作 QU|{(c
现在让我们来看看如何处理链式操作。
T8h.!Vef
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。 O&.^67\|
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。 <6Q]FH!6
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。 O`~G'l&@T
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct y8HLrBTza
C18pK8-
template < typename T > H=?v$!
i
struct result_1 ol^V@3[<
{ k!H;(B"s-
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; HK)$ls
} ; bAms-cXm
/Mb?dVwA
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: {(]B{n
zYO+;;*@
template < typename T > h@=H7oV7k
struct ref 4j|]=58
{ LH@)((bi4v
typedef T & reference; ;29q
} ; D{'x7!5r
template < typename T > ;Xg6'yxJ
struct ref < T &> KT~J@];Fb
{ YNA %/
typedef T & reference; sJg-FVe2
} ; )` -b\8uw
]b4*`}\
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: dFD0l?0N
S9d+#6rn
template < typename T > ,u^i0uOg
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const V9z/yNo
{ mV^+`GWvo
return l(t) = r(t); Q<B=m6~
} fT [JU1
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。 mj=$[y(
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Yf&x]<rkCp
'<5Gf1 @|
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 s`GwRH<#
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: @;2,TY>Di
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 .>DqdtP[
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Os'
7h
最后的布局是: Z7%
|'E R
Add %myg67u
/ \ e#JJd=
Divide 5 g+;m?VJ
/ \ s<Pk[7`*
_1 3 -'3~Y
2#
似乎一切都解决了?不。 o#gb+[
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。 unKTa*U^q
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。 ))V)]+
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: f?kA,!
\&ra&3o
template < typename Right > x~C%Hp*#
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 0FD#9r
Right & rt) const u!?cKZw
{
hz{=@jX
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); &Q
7Q1`S
} NBZFIFO<
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 6,*hzyy}Qu
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。 dPgN*Bdv
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。 T<Y^V
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。 7.-Q9xv
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。 O`1_eK~1<
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? 37Ux2t
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: pYIm43r H
y<jW7GNt
template < class Action > p&~8N#I#
class picker : public Action U|VFzpJ
{ b!Pz~faXD
public : <seb,> :
picker( const Action & act) : Action(act) {} &Iv3_T<AF
// all the operator overloaded (4=NKtA^G
} ; ua[ d
Wm\HZ9PN
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。 19O /Q,9
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: $\?BAkx
}@%A@A{R
template < typename Right > c+$alwL~
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const It>8XKS
{ 0mk-o
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); s)X'PJ0&Bs
} a<-NB9o~v
0.C[/ u[
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > MebLY $&8
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 #AHX{<
#vCtH2
template < typename T > struct picker_maker veX#K#
{ O2./?Ye
typedef picker < constant_t < T > > result; L5$r<t<
} ; T pXbJ]o9
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > .`qw8e}y#'
{ OXc!^2^
typedef picker < T > result; zMlW)NB'
} ; W&>ONo6ki
JwEQR
下面总的结构就有了: W2cgxT
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。 j_L1KB*
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。 yneIY-g(p
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 )fSO|4
至此链式操作完美实现。 l]tda(
!9w3/Gthj
z Ic%>?w
七. 问题3 <j
CD^
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。 Yzo_ZvL
/4x3dwXW@
template < typename T1, typename T2 > +b@KS"3h
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const d +0(H
{ (
-^-
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); XIQfgrGZ
} >a;0<Ui&Q
s*%pNE U
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: /S9s%scAy
f Cg"tckE
template < typename T1, typename T2 > ig
G8L
struct result_2 EVs.'Xg<
{ {[B^~Y>Lr
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; +<qmVW^X
} ; iIrH&}2
{|dU|h
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? e'%"G{(D
这个差事就留给了holder自己。 4rXjso|
q u>5 rg-
x@^Kd*fo
template < int Order > fd Vye|%
class holder; ;yd[QT<I<
template <> "p,TYjT?R
class holder < 1 > 08*O|Ym,
{ }~/u%vI@M5
public : }<G"w5.<
template < typename T > F"2rX&W
struct result_1 T\}?
{ h$\+r<
typedef T & result; "`A@_;At`
} ; [Ol}GvzJ7
template < typename T1, typename T2 > ruqx#]-
struct result_2 Hz A+Oi
{ o]Ln:k l
typedef T1 & result; ,UOAGu<_gb
} ; wD9Gl.uQ
template < typename T > gie.K1@|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const gZ{q85C.>
{ a+wc"RQ
|
return (T & )r; i;+]Y
} R.ZC|bPiD
template < typename T1, typename T2 > 0LQ|J(u
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const }vzZWe
{ <qGVOAnz+
return (T1 & )r1; Xgq-r $O2X
} BNA` Cc1VV
} ; e-@=QI^,
&RSUB;ymL
template <> Kterp%J?
class holder < 2 > >J!J:
{ iEe<+Eyns
public : |ji={
template < typename T > 1w30Vj2<
struct result_1 .nGYx
{ c5KJ_Nfi
typedef T & result; drv"I[}{A
} ; ZH@BHg|}H
template < typename T1, typename T2 > L\O}q
struct result_2 jGp|:!'w
{ +a@:?=hc
typedef T2 & result; (YOp
} ; jg,oGtRz
template < typename T > 6Vq]AQx
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const C`)n\?:Sth
{ #zRT
return (T & )r; -Odk'{nW
} \I3={ii0
template < typename T1, typename T2 > 7mUpn:U
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const J}c`\4gD
{ d{~5tv- H
return (T2 & )r2; @(;zU~l/
} 'yrU_k,h
} ; !;[cm|<