一. 什么是Lambda dXTD8 )&
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 V*n$$-5
1-
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, \c\~k0u
q(n"r0)=
,>B11Z}PH
Fip
5vrD
class filler zQ+Mu^|u+
{ D9+qT<ojN
public : ]T)N{"&N/
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Q"I(3 tp9[
} ; +2iD9X{$MX
~\am%r>
T7nI/y
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: f&CQn.K"
D?dBm
yy3x]%KK
,yC..aI
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Rrh6-]A
WK$\#>T
~u%$ 9IhM
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 2OoANiX
o9}\vN0F
K/zb6=->
rN9qH
二. 战前分析 JtO}i{A
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。 +q
pW"0[
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 ;B@#,6t/
l,J>[Q`<
E n7~wKF
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); .F,l>wUNe
/* --------------------------------------------- */ KKsVZ~<6u
vector < int *> vp( 10 ); }W^@mi
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); _>vH%FY
/* --------------------------------------------- */ f+9eB
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 6?u`u t
/* --------------------------------------------- */ (nQm9 M(
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); n{N0S^h
/* --------------------------------------------- */ Jk%5Fw0
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); >c_fUX={
/* --------------------------------------------- */ Y$>NsgQn6
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ueJ^Q,-t
=Fc]mcJ69
oz=V|7,
pyV`O[
看了之后,我们可以思考一些问题: 'o)Y!VYnJF
1._1, _2是什么? EPJ>@A>;D
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。 CJk"yW[,|
2._1 = 1是在做什么? VLV]e_D6s
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。 (W#CDw<ja
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。 ;"cQ)=s9Y
0uD3a-J
VHPqEaR
三. 动工 /ckkqk"
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: W! $U{=
K&&T:'=/
Y:/p0o
WyOav6/*K^
template < typename T > vLxaZWr
class assignment AS]8rH
{
{J)%6eL?
T value; 9n is8
public : oUn+tu:
assignment( const T & v) : value(v) {} C-A?
mIC
template < typename T2 > d`TiY` !
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 3|!3R'g/ >
} ; c$,1j%[)
842v^ 2
&[{sA;
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ~ Rk.x
+
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment md<^x(h"<
U]}F A2
3#'8S_
m#_Rv
class holder ##BbR
{ =v^#MU{k?
public : ,mx\
-lWFy
template < typename T > q6rkp f,Tl
assignment < T > operator = ( const T & t) const 3O;H&
{ _cJ)v/]
return assignment < T > (t); ML'y`S
} r'y Nc&~
} ; 7b08Lo7b
3#$X
C_>XtcU
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: '*L6@e#U
5,p;b
static holder _1; OQfFS+6
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 lCUYE"o
WPsfl8@D
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); /0qbRk i
而不用手动写一个函数对象。 pt"9zkPj
OnE%D|Tq=
BFw_T3}zn
$.C-_L
四. 问题分析 8#JX#<HEo
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ?R)dxuj
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ?e6>dNw
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Uc:NW
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 wH!$TAZ:Yw
下面我们可以对这几个问题进行分析。 "G%</G8M
g/f6N
z
五. 问题1:一致性 m-azd~r[
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?| d/yF}%0QI
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 `dcz9 *
mj$Ucql
struct holder 2<B'PR-??y
{ v.<mrI#?
// xE@/8h
template < typename T > }NyQ<,+mq&
T & operator ()( const T & r) const (o IGp
{ Dh8'og)7
return (T & )r; =MQ/z#:-P
} =3(Auchl$Y
} ; Z[IM\# "
m=l'9j"D
这样的话assignment也必须相应改动: DNq(\@x[!
Jf?6y~X>Y
template < typename Left, typename Right > R6(:l;
W
class assignment l~;>KjZg
{ 1b1Ab
zN
Left l; xA(z/%
Right r; HuTtp|zM>
public : <7Pp98si,u
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} @T\n@M]
template < typename T2 > GqR XNs!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } kd^H}k
} ; ?MRY*[$
Cty#|6k
同时,holder的operator=也需要改动: _|GbU1Hz
=J]WVA,GqA
template < typename T > K{ar)_V/
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const J;obh.}u"{
{ u5A?; a
return assignment < holder, T > ( * this , t); \PE;R.v_:
} ia'z9
*
HKu%g
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。 d:';s~
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 HGGq;Nbm
:/|"db&`
return l(rhs) = r; uTR^K=Ve
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。 nFn!6,>E
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 7tcadXk0
W\kli';jyC
template < typename Tp > lNL=Yu2p_
class constant_t iwJ_~
{ D|9+:Y
const Tp t; Y}c/wF7o
public : J |q(HpB
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ~'_cBJ
'XD
template < typename T > hX{,P:d=f
const Tp & operator ()( const T & r) const Kn~Rck|
]
{ tz@MZs09
return t; Eu?z!
} |EE1S{!24m
} ; +%W8Juu
>u$8Z
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 yc](
下面就可以修改holder的operator=了 C[^V\?3ly:
1Nt
&+o
template < typename T > '{d@Gc6.
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const /WTEz\k
{ 0\%g@j-aD
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ^AP8T8v
} .hat!Tt9
OT{"C"%5t
同时也要修改assignment的operator() KG'i#(u[
+Y%6y]8
template < typename T2 > ]b4IO4T
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); }
lgOAc,
现在代码看起来就很一致了。 GI% &.V d
I/f\m}}ba
六. 问题2:链式操作 }g}Eh>U
现在让我们来看看如何处理链式操作。 <sH}X$/
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。 @RoZd?
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。 D4=*yP
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。 L^+rsxR
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct [*',pG
.9jKD*U|
template < typename T > x)::^'74
struct result_1 W:d
p(,L
{ &3Zq1o
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; sl]<A[jR
} ; Zl9@E;|=
WTvUz.Et
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: -R`{]7V
"D(Lp*3hj&
template < typename T > ":Wq<Z'
struct ref vi,hWz8WB
{ ~e{ @ 5.g
typedef T & reference; GShxPH{_j
} ; ||$&o!;/L
template < typename T > AcH-TIgM/
struct ref < T &> !/zRw-q3B
{ =S&`~+
typedef T & reference; y?$DDD
} ; +hxG!o?O
jj5S+ >4
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: }47h0 i
2B,O/3y
template < typename T > TQa}Ps
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const AJPvwu}D
{ P6:C/B
return l(t) = r(t); `Fy-"Uf
} #z `W ,^C
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。 h@:K=ggK
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 %By Pwu:f
`9~
%6N?7#
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 + ?1GscJ
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: +EETo):
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 OZ[ YB
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 7},A.q
最后的布局是: u^80NR
Add @AsJnf$y
/ \ Cm}2 >eH
Divide 5 o5 L ^
/ \ J$dwy$n
_1 3 3*b5V<}'|
似乎一切都解决了?不。 HgI!q<)
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ]-fkmnmWX
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 [|}IS@
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: {z#2gc'Q
"}4%v Zz
template < typename Right > 'D\Q$q
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const bx@l6bpQ
Right & rt) const TJ|Jv8j<s
{ 0#q=-M/?`
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); VtreOJ+
} #(8|9
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 qUe
_B
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。 7e/+C{3v
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。 [K!9xM6
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。 Gr"CHz/
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。 ?1e{\XW
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? ;JW_4;-
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: .])prp8
NFK`,
template < class Action > eI
#Gx_mg
class picker : public Action APQq F/
{ =OVDJ0ozZ
public : G#M)5'Q]U
picker( const Action & act) : Action(act) {} C0rf
// all the operator overloaded !40>LpL[
} ; !3ggQG!e
d[ N1zQW
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。 ~%TWF+
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: nla6QlFYn*
[}RoZB&I
template < typename Right > GK(CuwJe
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const U)S=JT~h
{ :!ya&o
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); gL; Kie6Z
} 4E'9;tA3l
2iAC_"n
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 5E:$\z;
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 5of3&
zM0NRERi
template < typename T > struct picker_maker I<SgKva;c
{ k$EVr([
typedef picker < constant_t < T > > result; K|& f5w
} ; zmMc*|
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > /r}L_wI
{ q2GW3t
typedef picker < T > result; D7Q+w
} ; En5oi
[3%mNNk
下面总的结构就有了: M>Q]{/V7T
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。 lOIk$"Ne
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 >4 OXG7.&f
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ao(T81
至此链式操作完美实现。 ~MpikBf
;"3B,Yj
jYsAL=oh,*
七. 问题3 c/{FDN
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 >.h:Y5
,Z.sGv
template < typename T1, typename T2 > Rx%S<i;9
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ^5mc$~1`
{ L9x-90'q,
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); v
gN!9
} n,la<N]
{Gxe%gu6K
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: 7
,Rg~L
t6+m` Kq
template < typename T1, typename T2 > )?n'ZhsX
struct result_2 "Fz.#U
{ "gM^o
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; >rnVTK
} ; Z$oy;j99y
h}bfZL
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?m~DYnU
这个差事就留给了holder自己。 q76POytV|
cby#
i`,FXF)
template < int Order > ;C]Ufk
class holder; h}b:-a
template <> xNz(LZ.c
class holder < 1 > #-hO\
QdC
{ *kr/,_K
public : >rG>Bz^Pu
template < typename T > Io6/Fv>!
struct result_1 f|RmAP;X,
{ *Cy54Z#
typedef T & result; +A9~h/"kt
} ; $ /VQsb
template < typename T1, typename T2 > %Bq~b$
struct result_2 DM.lQ0xk
{ 8^mE<
typedef T1 & result; |rm elQ-
} ; 4=PjS<Lu8
template < typename T > CB@7XUR
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const :qYp%Ub
{
~zp8%lEe
return (T & )r; "TRS(d|3
} E&[5b4D@<
template < typename T1, typename T2 > Ts iJK
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const |diI(2w
{ qY_qS=H^
return (T1 & )r1; yzK;
} vSzpx
} ; t0)1;aBZ
VK}4<u
template <> 8&<:(mAP
class holder < 2 > rTD +7
)E
{ ?vXgHDs^T
public : gLiJ&H
template < typename T > 6W1GvM\e
struct result_1 dBWny&
{ b
F=MQ
typedef T & result; tRjv-
} ; ]5Cr$%H=
template < typename T1, typename T2 > ,5DJ54B!
struct result_2 b|#=kPVgL}
{ A^U84kV=
typedef T2 & result; OV>&`puL
} ; sEhvx+(
template < typename T > Mk!Fy]3
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const hU)t5/h;K
{ %Ymi,o>
return (T & )r; HB07 n4 |
} Y$'j9bUJ
template < typename T1, typename T2 > CEy\1D
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const f@*69a8
{ ;p`1Y<d-O
return (T2 & )r2; AGhenDNV
} )'shpRB;1
} ; Spm 0`
1ni+)p>]
)ycI.[C
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 gF6> /
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: 0b&