一. 什么是Lambda -rSpgk0wL
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 j>(O1z7
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, )
N*,cTE
0L_JP9e
O9#8%p%
)
_s/5oRHA
class filler v&p|9C@
{ HrH-e=j
public : pPSmSWD?
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Lj"@JF;c
} ; t%$>
X\:;A {
r5kKNyJ
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: Tji G!W8
qU(,q/l
3 xSt -MA
| N%?7PZ(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); fz[o;GTc
]o18oY(
#"J8]3\F
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 3":vjDq$
t'e1r&^:r~
.tv'`
:C*7DS
二. 战前分析 50#iC@1
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。 zO BLF|L=
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 j\kT
H
04`2MNfxG
+yvtd]D$2W
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); !7C[\No(
/* --------------------------------------------- */ q#RUL!WF7U
vector < int *> vp( 10 ); uURm6mVt9:
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); c]SXcA;Pmv
/* --------------------------------------------- */ J!40`8i
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 9K]Li\
/* --------------------------------------------- */ zPzy0lx
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); &\8qN_`
/* --------------------------------------------- */ _Mi`]VSq9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); x3j)'`=15
/* --------------------------------------------- */ J:<mq5[
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); .E H&GX
ws1io.
l`S2bb6uMR
#aX+?z\4
看了之后,我们可以思考一些问题: 37OU
1._1, _2是什么? }H^h~E
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。 dwd5P7
2._1 = 1是在做什么? <$6r1y*G
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 {kCCpU
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 kj_MzgC'?
.dA_}
~m:oJ+:O
三. 动工 s!WGs_1@
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: _ebo
GRM:o)4;#
e"7<&%
Oq
T_\Nvzb}
template < typename T > K/xn4N_UX
class assignment 99<]~,t=5
{ Gw!VPFV>W
T value; sIUhk7Cd8
public : w ]8+
OP
assignment( const T & v) : value(v) {} oT76)O
template < typename T2 > uX82q.u_y
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } HQtR;[1
} ; 52X[{
dY=]ES}`
o#GZ|9IL
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Qt-7jmZw1
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment f4%Z~3P
Z^tTR]u\$
>A5*=@7bY?
0R2KI,WI
class holder WC&V9Yk
{ +2:\oy}!8
public : 'e&L53n
template < typename T > w)C/EHF
assignment < T > operator = ( const T & t) const @c;XwU]2t
{ 0m2%ucKw
return assignment < T > (t); {5 V@O_*{
} |7Dc7p"D
} ; v2w|?26Lf
eILdq*
tQR qQ
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ,>
Ya%;h2k
pc/x&VY%
static holder _1; \#50;
8VJ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ~F [V
[TX1\*W
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); mafnkQU
而不用手动写一个函数对象。 Z
"mqH
V^* ];`^
YR'dl_
WiU-syNh
四. 问题分析 0r_3:#Nn
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 =EJ8J;y_f
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 .ZOG,h+8
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Ew<
sK9[o
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 'c7'iDM
下面我们可以对这几个问题进行分析。 hkpS}*L9o
uSsP'qd
五. 问题1:一致性 5q^5DH_;
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| *x!j:/S`n
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 B~ ?R 6
L`2(u!i J
struct holder t.rlC5
k
{ vRhI:E)So#
// SO|!x}GfI
template < typename T >
9q/k,g
T & operator ()( const T & r) const m| uVmg!*
{ HfOaJ'+e<
return (T & )r; wC>}9OM
} 7v']wA r]
} ; Wq2Bo*[*
K' ?`'7
这样的话assignment也必须相应改动: _^Z
v[P
W{$J)iQ
template < typename Left, typename Right > iFOa9!_0n
class assignment awU!3)B
{ a
S;z
YD
Left l; PIHix{YR
Right r; <)$e*HrI
public : .DR*MQI9
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} <`V_H~Z
template < typename T2 > w#d7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } !U7}?i&H
} ; mI,a2wqi
).32Im!;#R
同时,holder的operator=也需要改动: >6KwZr BB
aCRiW;+'
template < typename T > #Zg pm"MW
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ~hxW3e
{ YB+My~fw{l
return assignment < holder, T > ( * this , t); 2!)|B
;y
} ^:^
Vl^p3f[
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。 /B
53Z[yL
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 l( WF
6fm oIK{
return l(rhs) = r; w-"tA`F4
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。 F05]6NVv
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 6Z@?W
5oe{i/#di
template < typename Tp > F2>W{-H+
class constant_t D!DL6l`
{ P(bds
const Tp t; kmg/hNtN
public : \IhHbcF`d
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ;uho.)%N`F
template < typename T > -]Ny-[P
const Tp & operator ()( const T & r) const yJ:rry
{ :-Wh'H(
return t; HPY;UN
} gXj3=N(l
} ; j.yh>"de
8 4lT# ^q
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 &s{d r
下面就可以修改holder的operator=了 I.gF38Mx
3>v-,S+
template < typename T > Y1;jRIOA
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const {(IHHA>
{ 3V]08
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); mhMTn*9
} Doe:m#aNj
pK"iTc#\X
同时也要修改assignment的operator() @x^/X8c(p
g;7W%v5wqk
template < typename T2 > U
UhlKV|5
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } )+Yu7=S
现在代码看起来就很一致了。 |&MOus#v
z.!u<hy(
六. 问题2:链式操作 ?L| Ai\|
现在让我们来看看如何处理链式操作。 X"V)oC
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。 !<<wI'8
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。 Jsa;pG=3&
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。 :(K JLa]
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 5`6U:MDq
gL&)l!2Y
template < typename T > b%h.>ij?
struct result_1 B2:GGZ|jS
{ q26qY5D
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; GBTwQYF
} ; 9aYVbq""
k/M{2Po+
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: !TN)6e7`
H~?7:K
template < typename T > BxiR0snf0q
struct ref DFbhy
{ sVH
w\_F$
typedef T & reference; \.?'y71
} ; .IsOU
template < typename T > yJ>Bc
struct ref < T &> g'9~T8i& ^
{ v=daafO
typedef T & reference; 1*f/Y9 Z
} ; ?jsgBol
_U
o3_us
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: w^ X@PpP
t^=S\1"R\
template < typename T > ,uD}1
G<u
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const [[O4_)?el
{ It]GlxMX
return l(t) = r(t); JH#p;7;
} M}`T-"qf
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。 I0N~>SpZ5
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 iGBHlw;A
SB:z[kfz|
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 )K]<\Q[
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: od^o9(.W^
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Z?qc4Cg
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 lpjby[S
最后的布局是: k&:~l@?O
Add :|-^et]a8
/ \ 7HJH9@8V
Divide 5 \0)2 u[7
/ \ RLO<5L
_1 3 @cQ
|`
似乎一切都解决了?不。 BnG{)\s
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。 d>0 j!+s
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。 HP=5a.
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: YXg^t$
)"g @"LJ=
template < typename Right > ?z3|^oU~d
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const (S_1C,
Right & rt) const t1p[!53(
{ @vO~'Xxq!
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Hn]6re
} ItE)h[86
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 D 77$aCt
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 P)[QC
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 ^vZu[m
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 (hIe!"s*
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 aN';_tGvK
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? lr[&*v?h
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: gu1n0N`b
(\4YBaGd
template < class Action > \*#E4`Y
class picker : public Action ]{AHKyA{:
{ {~V_6wY g
public : 91ec^g
picker( const Action & act) : Action(act) {} y(j vl|z[
// all the operator overloaded i x_a
} ; +$R%Vbd
_@Y17L.
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。 N::.o+1
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: 'EB5#
p]6/1&t