一. 什么是Lambda rK*hTjVn
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 nz}]C04:-
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, jg7d7{{SB
aYqqq|
9 Zs#Ky/
4p*?7g_WVH
class filler 32TP Mk
{ zkuv\kY/ Z
public : ;&/sj-xJ2
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} #!(Zn:[
} ; &f$a1#O}dx
axHxqhO7zp
"[FCQ
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: 5ENov!$H
::kpl2r\c
B'NS&7+].
9)1P+c--
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); B b$S^F(Xq
Y}85J:q]
W^-hMT]uD
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Rc;1Sm9\
]v/t8`
39'X$!
&3!i@2d;3f
二. 战前分析 "4J?JR
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。 :d, >d
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 oiIt3<BX
-i| /JH
g-4gI\
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); +#&el//
/* --------------------------------------------- */ tsCz+MP
vector < int *> vp( 10 ); ^xBb$
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); pT|./ Fe
/* --------------------------------------------- */ H&"_}
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); s0x@
u
/* --------------------------------------------- */ M'pY-/.
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); {"qW~S90YO
/* --------------------------------------------- */ 8^&fZL',
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ! hOOpZf7
/* --------------------------------------------- */ @ J?-a m>
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); wWp?HDl"M
RlG'|xaT
F(0pru4u
%Z-Tb OX
看了之后,我们可以思考一些问题: Yj|c+&Ng
1._1, _2是什么? 0j-F6a*p'1
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。 G <} 7vF
2._1 = 1是在做什么? XRX7qo(0g
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。 /v<e$0~s<
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 N^nDWK
d!a2[2Us
C.B8 J"T-
三. 动工 #d7)$ub
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: zIX}[l4EW~
SLbavP#G
O&gy(
mP`,I"u
template < typename T > #t5JUi%in*
class assignment <"j"h=tm}
{ _dH[STT
T value; IJL^dXCu
public : &q"uy:Rd
assignment( const T & v) : value(v) {} 7KYF16A4
template < typename T2 > EX[l0]fj
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 2/a04qA#
} ; 7~Xu71^3s
,cl"1>lp
)%-\hl]
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 4cv|ok8P
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment \, X?K
OP\^c
O~c+$(
~a0d.dU
class holder 06j)P6Iju
{ DVeF(Y3&
public : @Reh?]# v
template < typename T > $P1d#;rb%
assignment < T > operator = ( const T & t) const 'RN"yMv7l
{ Ezo" f
return assignment < T > (t); 3 8ls 4v3
} "X!_37kQ
} ; -&HoR!af
~h~r]tV*+
&El[
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上:
t}* qs
+L<w."WG
static holder _1; ir1RAmt%
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 |<5J
;_;H(%uY
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); _s=Pk[e
而不用手动写一个函数对象。 0[3tW[j
J>&dWKM3
d&3I>E$UP
+O%a:d%
四. 问题分析 Qr xO
erp
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。 4'u|L&ow
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。 .x9nWa
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 |7 W6I$Xl
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 r>D[5B
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ]mDsUZf<
#|2g{7g*
五. 问题1:一致性 o2t@-dNi
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 4$#ia
F
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 O,z%7><
kA->xjk
struct holder =V4_DJ(&
{ 34&$_0zn
// '@1Qx~*]e
template < typename T > 9/^Bj
T & operator ()( const T & r) const q'U-{~q%
{ H#d! `
return (T & )r; w2mlqy2L
} S@rsQ@PA
} ; FPM}:c4
l.LFlwt
这样的话assignment也必须相应改动: !&:.Uh
+[go7A$5
template < typename Left, typename Right > j^R~ Lt4
class assignment W(3~F2
{ )SO1P6
Left l; V3Rnr8
Right r; j$/uJ`
public : X/C54%T ~
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 1pBsr(
template < typename T2 > 3 %{'Uh,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } x[h<3V"
} ; ?}>B4Z)
0yEyt7
~@
同时,holder的operator=也需要改动: )SZ,J-H08w
8`R}L
template < typename T > bKbpI>;[
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const d%|#m)
{ 7G #e~,M5
return assignment < holder, T > ( * this , t); '}[L sU
} pJ@DHj2@
?.'oxW
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。 rD)v%vvr&`
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ?VHwYD.B
5v03<m0`y
return l(rhs) = r; AhFI, x
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。 B7^n30+L
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: h4xf%vA(;
jMN@x]6w
template < typename Tp > ^bgm0,M
class constant_t 4Fht(B|
{ !wufoK
const Tp t; /[|md0,
public : ;$&5I9N
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 2SCf]&
template < typename T > a!]QD`
const Tp & operator ()( const T & r) const '/)_{Ly
{ T<~[vjA
return t; iZqFVr&JF
} o+WrIAR
} ; Rhxm)5 +
loVvr"&g
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 XzwQ,+IAr
下面就可以修改holder的operator=了 BN>$LL
AG!a=ufc0
template < typename T > @9Pn(fd]
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const aLo>Yi
{
61;5Yo
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Wn</",Gf
} 1OGv+b)
#~qp8
w
同时也要修改assignment的operator() U@ QU8
-D':7!@
template < typename T2 > 9fLP&v
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } h 7P?n.K
现在代码看起来就很一致了。 [~%;E[ky$
V$%Fs{
六. 问题2:链式操作 ?;QKe0I^
现在让我们来看看如何处理链式操作。 =1B&d[3;
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 &wC.?w$
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。 ~Am
%%$
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。 ,>EY9j
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct "4-Nnm
tTxo:+xg
template < typename T > OehB"[;+
struct result_1 *y@]zNPD
{ Cjb p-
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; !ef)Ra-W
} ; M L_J<|,J
;SP3nU))
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: ZQ8Aak
Y2$`o4*3
template < typename T > JS.'v7
struct ref 0-O.*Q^
{ \crmNH)3
typedef T & reference; X-WvKH(=w
} ; s,q!(\{Pv
template < typename T > R^C;D2
struct ref < T &> K#yH\fn8
{ R')GQ.yYq
typedef T & reference; +*~3"ww<
} ; ~x\Q\Cxp
@WE$%dr
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: mM%BO(X{=
K\r=MkA.>
template < typename T > g9Qxf% }
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const nUu|}11 (
{ s'w0pZqj
return l(t) = r(t); 7oSuLo=
} ?2/M W27w
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。 Bd[}A9O[
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 QVhBHAw
c>k6i?u:X7
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 cjpl_}'L:
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: spDRQ_qq
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 HC}C_Q5c91
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 b%$C!Tq'
最后的布局是: |"*:ZSj
Add Sgy~Z^
/ \ JFkjpBS
Divide 5 aDEP_b;
/ \
'Z}$V*
_1 3 HAdm,
似乎一切都解决了?不。 zW&W`(
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。 ^(B*AE.
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。 "61n?Z#,M[
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: sZ$ ~abX
8=Ht+Br
template < typename Right > /!3:K<6@
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const L4-Pq\2
Right & rt) const Y'R1\Go-
{ ,~w)@.
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 06O
} 0\;a:E.c
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 hidweg*7
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。 t0(hc7`
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。 ,5WDYk-
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。 |e(x< [s5
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。 L0~O6*bk
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? s2kynQ#a
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: MeS$+9jV(
2F]MzeW
template < class Action > s os&
class picker : public Action ttRH[[E(
{ zW.sXV,
public : CAO{$<M5m
picker( const Action & act) : Action(act) {} MQu6Tm H
// all the operator overloaded vnpX-c
} ; W5{e.eI}|
,B!Qv3bn
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。 Ss}0.5Bq
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: 7Kjq1zl;
^5F/=TtE G
template < typename Right > i>}z$'X
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const e2F7G>q:5
{ sP!qv"u
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); mer{Jys
} E$
rSrT(
W ,+91rup
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > aKO@_R,:
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。 VVOt%d
W=:+f)D
template < typename T > struct picker_maker N<WFe5
{ tDVdl^#
typedef picker < constant_t < T > > result; Uk4">]oct
} ; RPQ)0.O7
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > X'<xw
{ ;C%EF
typedef picker < T > result; 1C{n\_hR
} ; b*i+uV?
&kBs'P8>
下面总的结构就有了: zKr(Gt8
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。 [x,&Gwa
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。 K<(RVh
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 [OSUARm
v
至此链式操作完美实现。 &$f?XdZ7
4YC`dpO'
?0X.Ith^.
七. 问题3 9OBPFF
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 &rubA
&9>d
template < typename T1, typename T2 > }z#8vE;
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 'cv/"26#
{ YoA$Gw2
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); O&uOm:/(
} C/=ZNl9"fn
J^cDa|j
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: I(SE)%!%S
w93,N+es6
template < typename T1, typename T2 > *yx:nwmo
struct result_2 FqfeH_-U
{ Sz&`=x#
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; cA kw5}P
} ; P<~y$B
@U5o;X!qU
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? &[uGfm+@
这个差事就留给了holder自己。 CDhk!O..
q6dq@
S6
*dp68
template < int Order > c-F&4V
class holder; >8so'7(
template <> vbp)/I-h
class holder < 1 > )C[8#Q-:
{ +]X^bB[
public : yI)2:Ca*
template < typename T > v*pVcBY>
struct result_1 RD^o&