一. 什么是Lambda 6h:?u4
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 iA%'
;V
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, j""y2c1
.,ppGc|*
"doU.U&u
o! 2n}C
class filler 3!"b
guE
{ u_p7Mcb
public : +Jo 3rX'`
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Vyq#p9Q
} ; -l P )
w$b+R8.n)
y=oVUsG
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: (N*<\6kr
BS-:dyBw
! =\DC,-CB
s#+"5&!s
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); hs{&G^!jo
<w UD
(?!(0Ywbg
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 qlz9&w
;e~{TkD
Ere?d~8
o8};e
二. 战前分析 1Es*=zg
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。 Y0Hq+7x
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 C>Omng1>^
2xL!PR-
Mz/]D J8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); +gbX}jF0%
/* --------------------------------------------- */ Q{.{#G
vector < int *> vp( 10 ); -'O Q-5
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); >/!7i3Ow-
/* --------------------------------------------- */ f%Z;05
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); L@1,7@
/* --------------------------------------------- */ J$6-c'8
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 );
JVUZ}#O
/* --------------------------------------------- */ >bX-!<S
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); b(.-~c('
/* --------------------------------------------- */ Xr@l+zr
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ih+*T1#:(
IFd )OZ5
Xq8uY/j
!fQJL
看了之后,我们可以思考一些问题: ba(arGZ+{
1._1, _2是什么? >-_:*/66!
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。 6?3/Ul}
2._1 = 1是在做什么? i\kTm?BQZ
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。 F,p`-m[q
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。 wMH[QYb<*
05l0B5'p
c N02roQl
三. 动工 ] ?DDCew
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: tr6jh=
3W7;f!
[+g(
<mv7HKVg
template < typename T > ZQ,fm`y\
class assignment #dva0%-1
{ E^Q@9C<!d
T value; j!zA+hF(
public : g,t3OnxS?
assignment( const T & v) : value(v) {} X+]L-o6I2
template < typename T2 > rao</jN.9
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } [,OJX
N-4s
} ; W]@gQ(Ef
y-w2O]
`3f_d}b
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 U0NOU#
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment w)45SZ.
B#HV20\?v
+3M$3w{2
eV[`P&j_C
class holder t$U3|r
{ ksB
public : ES^>[2Y
template < typename T > ;j>*;Q`
assignment < T > operator = ( const T & t) const 0lX)Cl
{ pyUNRqp
return assignment < T > (t); hnp`s%e,
} XXa(305
} ; eq^TA1>T
vS7/ ~:C
nkCecwzr-
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: *ZGX-+{
,\BVV,
static holder _1; cU7rq j_
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 8|1`Tn}o
5;X {.2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); +68+PhHF
而不用手动写一个函数对象。 2{Wo-B,wt~
UH5w7M
EoKC8/
,/i_QgP
四. 问题分析 k/df(cs
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。 @O@fyAz
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。 {SF[I
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 sCVI 2S!L
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ;*y|8od
B
下面我们可以对这几个问题进行分析。 <A)+|Y"^h6
Vo #:CB=8
五. 问题1:一致性 jr9&.8%W:v
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?| LYp'vZ!
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Nc{]zWL9
z)5S^{(
struct holder wb]*u7G
t/
{ #2h+dk$1
// Ds{{J5Um%
template < typename T > NA+&jV
T & operator ()( const T & r) const XR|"dbZW.0
{ 3rxo,pX94
return (T & )r; u FMIY(vB
} DC&A1I&
} ; UQ5BH%EPb
C1V# ?03eI
这样的话assignment也必须相应改动: Iph3%RaE
tC2N>C[N
template < typename Left, typename Right > ;SfNKu
class assignment U);OR
{ 4py(R-8\
Left l; VJ3hC[
Right r; bFSlf5*H
public : pFpZbU^
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} (Up'$J}
template < typename T2 > #e*X0;m
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Ejq=*UOP
} ; <D;MT96SG
"LOnDa7E^
同时,holder的operator=也需要改动: [#0Yt/G
Yrpxy.1=F5
template < typename T > 'V&2Xvl%
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 7U,k 2LS
{ T'8RkDI}-
return assignment < holder, T > ( * this , t); &ik$L!iX
} X6xx2v%D
[Gh"ojt]w
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 qh-[L
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Qu`n&
rnu
e(t
return l(rhs) = r; :y\09)CJK
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 S."7+g7Ar
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: X:Q$gO?[4
gA_krK,Z
template < typename Tp > vVAb'`ysv
class constant_t yIOLs}!SF
{ qbXz7s*{
const Tp t; 9mQ#L<Ps
public : vXb:
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} $_)=8"Sn
template < typename T > z5 Bi=~=#
const Tp & operator ()( const T & r) const @F?=a*s"!
{ \83sSw
return t;
a"QU:<-v
} =O,JAR"ug
} ; uArR\k(
MHo1 lrZa+
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 71O3O7
下面就可以修改holder的operator=了 ]M3#3Ha"
0N{+y}/G
template < typename T > i&A%"lOI9
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const XvskB[\
{ L~dC(J)@ZI
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); YdI0E
} vBNZ<L\|a
}~Q5Y3]#~
同时也要修改assignment的operator() 5 [4Z=RP
XrS\+y3
template < typename T2 > )r9b:c\
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } o 7G> y#Y
现在代码看起来就很一致了。 f jI #-
Wr>(#*r7q
六. 问题2:链式操作 pCC 7(Ouo
现在让我们来看看如何处理链式操作。 4\p-TPM
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 0KAj]5nvb
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 bD<qNqX$
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。 }E; F)=E
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct S5_t1wqBJ
wVqd$nsY"
template < typename T > :
,p||_G&
struct result_1 bC~~5Cm
{ Fc8E Y*
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; JDv-O&]
} ; ?+r!z
$b>}C= gt
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: HM&1yubh#
qzK("d
template < typename T > xQu
eE{
struct ref /APcL5:=
{ .0|=[|
typedef T & reference; >|3a
9S
} ; 0@)%h&mD
template < typename T > 5j{Np,K
struct ref < T &> r7 VXeoX
{ NP/>H9Q2%
typedef T & reference; s
/%:dnij
} ; @Z;1 g
Y-p<qL|_
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: F98i*K`"
?t rV72D
template < typename T > `.=sTp2rbc
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const rg5]&<Vq8
{ j'GtgT
return l(t) = r(t); jxw_*^w"
} R8&|+ya
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)E>Fl
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 nrpI5t.b
M3pjXc<O
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 U,;xZe
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: H"CUZ
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 7>i2OBkAhB
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 k\N4@UK
最后的布局是: A+
0,i
Add a3@w|KLt
/ \ lj2=._@R
Divide 5 tNnyue{p
/ \ !e3YnlE
_1 3 u+D[_yd^
似乎一切都解决了?不。 x*}bo))hb
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。 }!)F9r@\
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。 8]< f$3.
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: 0{) $SY
EO)%UrWnC
template < typename Right > DQJG,?e{
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 7Kf}O6nE
Right & rt) const ](K0Fwo`;"
{ LJQJ\bT?
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Cca0](R*&
} 8o-bd_
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 _:J*Cm[q
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 Z$'IBv
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。 ]gEhE
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。 $-vo}k%M
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。 . L;@=Yg)
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? ,EEPh>cXc
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: $%2H6Eg0
@5<CXTdF9c
template < class Action > D59T?B|BdD
class picker : public Action PRs@zkO
{ 2 x4=
public : .px:e)iW
picker( const Action & act) : Action(act) {} ~]uZy=P? 5
// all the operator overloaded D>sYPrf
} ; #^rU x.
1 W'F3
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 oq;'eM1,.
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 3HiFISA*
.mxTfP=9
template < typename Right > xiM&$<LpR
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const G&9#*<F$c
{ I&]G
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); X-JV'KE}^z
} w1|Hy2D`0
%_gho
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > |M5-5)
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 Mm=Mz
{3edTu
template < typename T > struct picker_maker .~klG&>aV
{ ;D2E_!N
dt
typedef picker < constant_t < T > > result; |4b)>8TL/
} ; Imym+
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > R+=a`0_S
{ RKTb'3H
typedef picker < T > result; B0)]s<<
} ; `M@Ak2gcR+
Y2T$BJJ
下面总的结构就有了: kA#vByf`v
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。 6*XM7'n
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。 svhrf;3:
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 hW2.8f$
至此链式操作完美实现。 &M"ouy Zo9
wH6u5*$p
]=&L