一. 什么是Lambda 'C*NyHc
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 VVje|T^{Z
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, _E[{7"3}
*)d|:q3
_V|'iz9.
E]Hl&t/}
class filler o[ %Q&u
{
ss3fq}
public : am05>c9
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} `\P :rn95;
} ; Y<.F/iaH
D 2Go,1
_>:g&pS/
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: tdr*>WL
4/U]7Y
vR~*r6hX8
49Ue2=PP#
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); M+^K,
#(*WxVE
/ADxHw`k
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 IJXH_H_%*
h?YjG^'9
TJ5{Ee GV
A?|cJ"N
二. 战前分析 k*c:%vC!
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。 [I4FU7mpH
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 @4B2O"z`
U w`LWG3T
+msHQk5#$m
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); UmgLH Cz
/* --------------------------------------------- */ gkk <-j'
vector < int *> vp( 10 ); n8G#TQrAE
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 8h20*@wSN
/* --------------------------------------------- */ :g9z^ $g
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Yhw* `"X
/* --------------------------------------------- */ = xX^
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); BK d(
/* --------------------------------------------- */ \
bT]?.si
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); EJtU(HmW
/* --------------------------------------------- */ Z#MODf0H@
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 'HcDl@E
JN KZ'9
F5<{-{Ky
u\.sS|$
看了之后,我们可以思考一些问题: M<~F>(wxA
1._1, _2是什么? r&3fSx9
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。 2aje$w-
2._1 = 1是在做什么? i)(QNpv
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 Ju9v n44
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 'qd")
]VYl Eqe
-% fDfjP
三. 动工
B-gr2-
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 3MzY]J
y(
&s <
[sk"2
eXaDx%mM
template < typename T > Rt:PW}rFf
class assignment -<O:isB
{ zuPH3Q={
T value; KnFbRhu[
public : M{4_BQ4$
assignment( const T & v) : value(v) {} G<dXJ ]\\
template < typename T2 > #dfW1@m
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } er#=xqUY
} ; X0$_KPn
1a!h&!$9
T+ t-0k
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 HYH!;
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ?3Fo:Z`@F
/(0d{
E37@BfpO3
&L?Dogo
class holder 7f$Lb,\y
{ 5~X%*_[],
public : )yK!qu
template < typename T > I^|bQ3sor
assignment < T > operator = ( const T & t) const } R/
{ ;i#gk%-
2
return assignment < T > (t); ^,5.vfES
} ^9RBG#ud
} ; _#F'rl6'
uR%H"f
qpeK><o
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: *3K"Kc2
~GeYB6F
static holder _1; ,'673PR
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 t}FMBGo[
+J4t0x
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 );
k
WtUj
而不用手动写一个函数对象。 >dl!Ep
bcs!4
~z}au"k
mC7Y *
四. 问题分析 ;~bn@T-
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;hT*3
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。 e`rY]X
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 >8tuLd*T
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 yi?&^nX@9,
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ES2qX]I
!tdfTf$
五. 问题1:一致性 ;R!H\
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?| `IoX'|C[h
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 zef,*dQY
yBj)#m5!
struct holder Td
>k \<
{ _2Z3?/Y
// ~-GDheA
template < typename T > 3$cF)5V f
T & operator ()( const T & r) const c" 7pf
T
{ gsp7N
return (T & )r; gNd
J=r4
} YeLOd
} ; Sv@p!-m
h'x~"k1
这样的话assignment也必须相应改动: v1=X =H
0)]1)z(P
template < typename Left, typename Right > kk'w@Sn.(
class assignment n:D*r$ C|p
{ ,Tl5@RN
Left l; GvOAs-$
Right r; QO.gt*"
public : $rEd5W&d!
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 72zuI4&
template < typename T2 > A%1=6
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } MGzF+ln^U
} ; V2,WP
n y)P
同时,holder的operator=也需要改动: :gq@/COo(
yp^* TD/J
template < typename T > `W n5
.V
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const BfT,
{ H@ms43v\
return assignment < holder, T > ( * this , t); QP%Fz#u`
} ..!-)q'?
X^5"7phI@
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 &'b}N
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 l%(`<a]VIB
\ZRoTh
return l(rhs) = r; ] <3?=$
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。 1qe^rz|
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: %UQB?dkf$
znO00qX
template < typename Tp > dt+
4$
class constant_t &R*5;/
!
{ S "Pj1
const Tp t; wPJRp]FA
public : #cG479X"
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ~+egu89'TU
template < typename T > jYX9;C;J
const Tp & operator ()( const T & r) const ~!F4JRf
{ 5I1J)K;
return t; \{zAX~k6
} B kxhF
} ; Bq]O &>\hX
D(6x'</>?
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 }~r6>7I
下面就可以修改holder的operator=了 X,+}syK
6QXQ<ah"
template < typename T > KR(} A"
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const !muYn-4M
{ -QPWi2:k
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); u7&'3 ef
} aSkx#mV
cC^C7AAq^
同时也要修改assignment的operator() qd~98FS
YG~ o
template < typename T2 > <>i+R#u{
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } n qLAby_
现在代码看起来就很一致了。 `F\:XuY
mv*T=N8fC
六. 问题2:链式操作 kj!7|1i2
现在让我们来看看如何处理链式操作。 #S%Y;ilq
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。 vj&5`
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。 $>ZP%~O
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 s.^9HuM
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct #2R%H.*t
\41)0,sEy
template < typename T > 1DLG]-j}
struct result_1 Z#6~N/b
{ C%_
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; (}1v^~FXj
} ; - (_e=3$
p?$G>nkdq
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: )YMlFzYr
NJ)2+
template < typename T > 3U"')
struct ref 04PoBv~g
{ 9jR[:[
typedef T & reference; 8$v zpu
} ; /;NE]{K
template < typename T > Bd9hf`%2
struct ref < T &> %7>AcTN~
{ 3V
Mh)
typedef T & reference; CQjZAv
} ; [s{r$!Gl
Y3$PQwn
.P
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: dH2]ZE0V
gO:Z6}3vM
template < typename T > 'uf2
nUo
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ^jha:d
{ 9c^skNbS
return l(t) = r(t); ,3]?%t0xe
} D<bU~Gd,P
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。 { w8
!K
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 W`u$7k]$
=Etwa
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 |5~wwL@LW7
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: f']sU/c=
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ri<'-w i
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ?D(FNd
最后的布局是: K 5qLBz@U
Add te;Ox!B&
/ \ IQw
%|^
Divide 5 974eY
/ \ PPCTc|G
_1 3 Q&upxE4-~
似乎一切都解决了?不。 i9;27tT~<
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。 }*.:Hv"
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。 j!S1Y0CV
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: w`j*W$82
[T 4 pgt'H
template < typename Right > VZ2.w4b
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Bzu(XQ
Right & rt) const /1 US,
{ V9zywM
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ?..i 4
} WbQhlsc:
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 mX@j
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 mNx,L+3
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 jy!f{dsC
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 Eg`R|CF
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 }$|%/Y
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? JN&MyA"
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: m)@Q_{=6M
@1<omsl
template < class Action > #.)xm(Ys
class picker : public Action ]{|fYt_-
{ Mu'^OX82
public : +MNSZLP]
picker( const Action & act) : Action(act) {} P?q
G
// all the operator overloaded Lf^5Eo/
5A
} ; (Bt;DM#>
.'5'0lR5
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。 &;ZC<