一. 什么是Lambda k|}S K9
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ~0>{PD$@
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, p,w6D,h
Ey"<hAF
^~dvA)bH
+(<}`!9M*
class filler ~X
-.@k'
{ v+Q#O[
public : (_lc< Bj
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 'u2Qq"d+
} ; Sm%MoFf
2tqO%8`_
4x:Odt5
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: =`]yq;(C7j
cAc i2e
~L'}!'
&.
v+*l|!v
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); jP";ll|c
XDJQO /qN
qlg~W/
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 {9Op{bZ
:I }_
f6P5J|'
g3%t+>$*
二. 战前分析 ^MWfFpJV!]
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。 }f6x>
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 1v&!`^G99j
? I}T[j
'm=9&?0S
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); r8M/E
lbk
/* --------------------------------------------- */ $*H>n!&
vector < int *> vp( 10 ); LHWh-h(s
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); A4?_0:<
/* --------------------------------------------- */ &~Q ?k
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); JPk3T.qp
/* --------------------------------------------- */ C6eo n4Ut
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); LV 94i
/* --------------------------------------------- */ [J+K4o8L<A
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); "t"=9:_t
/* --------------------------------------------- */ L$x/T3@
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); `#X{.
";e0-t6:
$sO}l
7j&l2Z
看了之后,我们可以思考一些问题: %;PPu$8K9
1._1, _2是什么? W3K"5E0ck
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 YAZ=-@]`\
2._1 = 1是在做什么? bct&ge7YX
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 [M2,bc8SJV
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 p$@=N6)I.k
GKPqBi[rO
/kVy#sT|
三. 动工 ?lU]J]
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: y\@;s?QL
TR@$$RrU
"O|fX\}5
$(}kau
template < typename T > DD'<zL[
class assignment W.n@
{ R< xxwjt
T value; ^LT9t2
public : +.HQ+`8z]
assignment( const T & v) : value(v) {} m=fmf(
template < typename T2 > W9V%Xc`LQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } AJ:@c7:eS
} ; $b$r,mc
yZFvpw|g
tQJ@//C\z
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 +.\JYH=yEr
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment '7'cKp
OG 5n9sx
rf1nC$Sop
;Xgy2'3
class holder g)&-S3\
{ uD:O[H-x
public : INzQ0z-z
template < typename T > !1"~tA!+p=
assignment < T > operator = ( const T & t) const `U`Z9q5-
{ 9LJ/m\bi
return assignment < T > (t); nhXa&Nro
} rmQGzQnun
} ; 4b3p,$BWS
<k^9l6@
WM=kr$/3
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: >o>'@)I?e6
o
ohf))
static holder _1; +bf%]
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 |klL KX&
pdnL~sv
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); N'm:V
而不用手动写一个函数对象。 web&M!-
bJB:]vs$
=AcbX_[
KS(T%mk\
四. 问题分析 sQihyq6U;
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。 J;q3
fa
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。 ]P<&CEk
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 /e{Oqhf[n
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ( v
~/glf
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Z^GriL
A7b7IM [
五. 问题1:一致性 )cs
y^-qw
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?| QTn-n)AE
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 KI>7h.t
sCRBKCR?
struct holder oHi&Z$#!n
{ `(o1&
// dnIBAe
template < typename T > g\*gHHa
T & operator ()( const T & r) const P<4jY?.
{ R?&S]?H
return (T & )r; 6/#= dv
} Q}fAAZ&7h
} ; q}\\p
GF/p|I D
这样的话assignment也必须相应改动: UN>hJN;c
{&h &:
template < typename Left, typename Right > Z p__
class assignment acGmRP9g
{ wH${q@z _
Left l; 06Hn:IT18
Right r; 3&?Tc|F+
public : y:|7.f
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Bxa],inuZ
template < typename T2 > ?4lAL
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } nM0nQ{6
} ; G0]n4"~+?
10}Zoq|)n
同时,holder的operator=也需要改动: hCxL4LrF
g:o\ r
(
template < typename T > -O_UpjR;
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const !w)Mm P Xb
{ @$nI\n?*
return assignment < holder, T > ( * this , t); Rthu8NKn
} ;D^)^~7dh
{YGz=5 ^
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。 ?Y hua9
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 3mm`8!R
IYQYW.`ly
return l(rhs) = r; Dh9-~}sW'
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。 wyc,Ir
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: l[fNftT-
%MjPQ
template < typename Tp > yh0|f94m
class constant_t %*19S.=l
{ +p cj8K%
const Tp t; HRb_ZJz
public : Txfb-f!mv\
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} (bo bKr
template < typename T > 1I@4xC
#X
const Tp & operator ()( const T & r) const M5x!84
{ pz$$K?
return t; NqwVsVL
} [{ { ?e6J
} ; 3,F/i+@
mm{U5
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ,jt098W
下面就可以修改holder的operator=了 TAAsV#l
eLC&f}
template < typename T > <#s-hQ
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const O?2<rbx
{ n7MS{`
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); c'|MC[^A
} 0}^-, Q,
DS$ _"'g%i
同时也要修改assignment的operator() Fhsmpe~
yCkm|
template < typename T2 > |v1 K@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } fN4pG*D
现在代码看起来就很一致了。 eN-{
vXnpx}B
六. 问题2:链式操作 3=<iGX"z
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ~NcJLU!au
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。 NuooA
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。 cdfll+
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。 xBZ9|2Y s
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct kCC9U_dj,
v|/3Mi9mz
template < typename T > !:n),sFv45
struct result_1 8;!Eqyt
{ jo(Q`oxm!>
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; C5WCRg5&
} ; {fb~`=?
kIfb!
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: \G= E%aK
dI 5sqM:
template < typename T > /-hF<oNQ
struct ref hZ'oCRM
{ QlS5B.h,
typedef T & reference; x ?V/3zW
} ; nfJ8Rt
template < typename T > 3'"M31iA
struct ref < T &> *M|\B|A.
{ ~4>Xi*
B
typedef T & reference; &53#`WgJ
} ; V-cuG.
#pe{:f?
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: mWusRgj+8
OhW=F2OIV
template < typename T > 8@fDn(]w
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const O9|'8"AF
{ epR~Rlw>2
return l(t) = r(t); )PG,K4z
} C}h@ El
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。 a`-hLX)~Z
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ];I| _fXo%
1SFKP$^
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 XsOOkf\_
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: C^%zV>o
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 9_Re,h
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 p\{+l;`
最后的布局是: X]yERaJ,i
Add 87K)qsv8
/ \ ]v{fFmL
Divide 5 NVjJ/
/ \ }m9LyT=~$
_1 3 Ke ?uE
似乎一切都解决了?不。 VRX"
@uCD
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。 bS<@Rd{g
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。 K7hf m%`N
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: }K>HS\e
~t:b<'/
template < typename Right > Qsntf.fT
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const P*PL6UQ
Right & rt) const f^)uK+:.
{ +2zuIW.
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Ib2 @Wi
} xploFw~
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 s3M84w z
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。 x
ctU.)p
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。 Idlu1g
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。 |sFe:TX
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。 |nEVOy>'
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? s\W
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?B(<j1Ri
IMGqJc,7
template < class Action > }iSakq'
class picker : public Action g&4~nEp
{ z/KZ[qH\
public : j#e.rNG
picker( const Action & act) : Action(act) {} #eC;3Kq#-
// all the operator overloaded ;:c%l.Y2
} ; BZ?W>'B%$
aEDN]O95?
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。 zcB2[eaV
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: b.4Xn0-M
\5P.C
template < typename Right > qu~|d}0
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Fd[h9 G
{ %?f:"
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); $a^isd4
} qd+[ShrhqZ
}IN_5o((
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > {TncqA
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 c,q"}nE8w
0sd-s~;
template < typename T > struct picker_maker +V9B
{ ^
6.lb\
typedef picker < constant_t < T > > result; *kQCW#y0
} ; ~B!O~nvdQ
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > z9 w&uZzi
{ ~u0xXfv#
typedef picker < T > result; A,gx5!J
} ; }{8Fo4/
HB7(
下面总的结构就有了: -k&{nD|
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 m`$>:B
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。 V+qJrZ,i
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 g6g$nY@Jm
至此链式操作完美实现。 hoR=%pC*
3l%,D:
?
M{xVkXc>
七. 问题3 @vQa\|j
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。 GzFE%< 9F
,<3uc
template < typename T1, typename T2 > _IL2-c8
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 3u*hTT
{ wm=RD98
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); =x^l[>sz
} xb>n&ym?
NaA+/:
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: 0[lsoYUq
gt_XAH
template < typename T1, typename T2 > A)zPaXZ
struct result_2 ADGnBYE
{ &|N%#pYS
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; vWl[l
-E
} ; 0zbLc%
A=%k/
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? x pTDYF
这个差事就留给了holder自己。 6z3T?`}Y
RxZm/:yuJ.
Taf
n:Nw}
template < int Order > xP/OsaxN
class holder; sz/ *w 7
template <> @8nLQh^
class holder < 1 > qWO]s=V!
{ wn+j39y?ZY
public :
j/9WOIfa
template < typename T > t'R':+0Vf
struct result_1 t<sNc8x
{
3@)obb
typedef T & result; e40udLH~x
} ; @Y
UY9+D&
template < typename T1, typename T2 > $J"%I$%X=
struct result_2 I1)-,/nEjg
{ {pDTy7!Hs
typedef T1 & result; UP;Q= t
} ; ivzAlwP
template < typename T > v**z$5x9
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const kG1;]1tT#
{ gF[6c`-s
return (T & )r; M!gBmQZ1
} mz\NFC<
template < typename T1, typename T2 > R-pH Quu3
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const gg-};0P-
{ ?MC(}dF0
return (T1 & )r1; h2wN<