一. 什么是Lambda ^ Gq2"rDM
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 jE&kN$.7j
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, {5#P1jlT
dY;^JPT
3wX{U8mrg
,B5Ptf#
class filler ie
2X.#
{ <{[AG3/Zj4
public : h<Yn0(.
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} &oWWc$
} ; Hm-+1Wx
})M$#%(
|n}W^}S5
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: --Dw
c1jHg2xim
{,]BqFXv
)gmDxD
^C
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ^;6~=@#*C
zt[TShD^
l^uP?l"
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 $Y,,e3R3
j<szQ%tJlI
_>dqz(8#
>tr_Ypfv,c
二. 战前分析 x/[i &Gkv
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 = EyxM
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 1_fFbb"
ngsax1xO
OV7vwj/-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ^W_}Gd<-#Y
/* --------------------------------------------- */ o*qEAy?
vector < int *> vp( 10 ); FT[oM<M\Xd
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 0s$g[Fw<.
/* --------------------------------------------- */ V*=cNj
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); @E,{p"{
/* --------------------------------------------- */ 8MX/GF;F
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); `RthX\Tof
/* --------------------------------------------- */ !V+5$TsS
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); F}H!vh[
/* --------------------------------------------- */ p$?c>lim
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ~H@':Mms.h
yz9`1R2c
KfG%#2\G_
yx{Ac|<mR
看了之后,我们可以思考一些问题: UciWrwE
1._1, _2是什么?
CV]PCq!
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。 >:W)9o
2._1 = 1是在做什么? 8kW9.
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。 D8m?`^Zz
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。 smIZ:L%
;FMK>%Zq
ZNOoyWYi5
三. 动工 pr;<n\Y{
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Co[[6pt~
R:E6E@T
<j:3<''o
XhWMvme
template < typename T > iV'-j,-i
class assignment v0"|J3
{ I;P?P5H
T value; z9w@-])
public : M\\TQ(B
assignment( const T & v) : value(v) {} 2Mu-c:1
template < typename T2 > k5!k3yI
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } iN`/pW/JE
} ; EOtrrfT&
Pk8L-[&v
u%XFFt5
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 @]3(l
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment nXi6Q+YI
}K<;ygcWE@
?=r!b{9
GVn9=[r
class holder 5CU< ?
{ '3+S5p8
public : "Y(S G
template < typename T > 7w>"M
assignment < T > operator = ( const T & t) const ,yV
pB)IQ
{ GdG%=+
return assignment < T > (t); |i|YlWQS
} ?#04x70
} ; Rn(|
Y1`.
s$H5W`3
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ;lYO)Z`3\
Mh~T.;f.qq
static holder _1; KO)<Zh
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 @'C)ss =kj
h@{@OAu?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); a.%]5%O;t
而不用手动写一个函数对象。 }Q\yem
WCR+ZXI?1
elKQge
nJ*NI)
四. 问题分析 /jj!DO#
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 _xUhDu%
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ]"/ *7NM
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ,l0s(Cg
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 GExG1n-
下面我们可以对这几个问题进行分析。 5Qy,Pkje
f1=8I_>=
五. 问题1:一致性 uUc[s"\
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| -F8%U:2a
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 3g-}k
tCc}}2bC&
struct holder h$ZF[Xbfe
{ _^P>@
^
// 5+ fS$Q
template < typename T > Cs]xs9
T & operator ()( const T & r) const 0
|F(qR
{ 4?%0z) g
return (T & )r; tmb0zuJ&C!
} da I-*
} ; t:M>&r:BL
0HNe44oI+D
这样的话assignment也必须相应改动: _I$]L8hC
<7PtC,74
template < typename Left, typename Right > *Gu=O|Mm
class assignment l@j!j]nE
{ k?J}-+Bm[|
Left l; {< kl)}
Right r; .-WCB
public : 8V}c(2m
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} C{2UPG4 x
template < typename T2 > |9_e2OwH
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 7XR[`Tn9<
} ; P `2Rte6s
IloHU6h'
同时,holder的operator=也需要改动: %H}+'.8
!0fK*qIL
template < typename T > \[D"W{9l
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const rtzxMCSEU
{ Pv0+`>):
return assignment < holder, T > ( * this , t);
[,1j(s`N5
} K} ;uH,
c!841~p(Q
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。 /,:32H
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 0f-gQD
E*
lqC h
return l(rhs) = r; 0;XnNz3&
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。 }>0UaK
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: \lY26'
w6wXe_N+M
template < typename Tp > OKf/[hyu
class constant_t ;$%+TN
{
Pt1Htt:BE
const Tp t; aqyXxJS8
public : WrG)&&d
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} p1|@F^Q
template < typename T > H>Fy 2w
const Tp & operator ()( const T & r) const |faXl3|
{ $hE X,
return t; Wo2M}]0
} h[lh01z
} ; >5 i8%r
5 TnECk
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 kw yvd`J8
下面就可以修改holder的operator=了 ^T<<F}@q
#K4wO!d
template < typename T > 6'Lij&,f?{
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 3gGF?0o
{ }2h~o~
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); YE^|G,]
} Ybok[5
6~2!ZU
同时也要修改assignment的operator() ml3]CcKn
H7\EvIM=
template < typename T2 > ;ga~ae=Fg
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } RWoa'lnu
现在代码看起来就很一致了。 C"F(kgL
8<g5.$xyz
六. 问题2:链式操作 #cmj?y()
现在让我们来看看如何处理链式操作。 5q8bM.k\7N
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。 X GO_n{x
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。 n\P{Mc
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。 "1l d4/
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct icnp^2P
$:<KG&Br
template < typename T > #=zh&`
struct result_1 IPY@9+]
{ M<)HJ lr
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; gGZ$}vX
} ; GbMSO
fo5!d@Nv
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: ikofJl]9
z}pdcQl#
template < typename T > l9SbuT$U
struct ref J[<:-$E
{ ,I)/ V>u
typedef T & reference; \6sp"KqP
} ; eR;cl$
template < typename T > C$?dkmIt
struct ref < T &> /gPn2e;
{ 3
D+dM0wM
typedef T & reference; jLZ~9FXF2
} ; \a}%/_M\
ffSecoX
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Rr:,'cXGi
//AS44^IS
template < typename T > #5'9T:8
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const !qy/'v4
{ )WBTqML[
return l(t) = r(t); C9*'.~
} 'KXvn0
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。 tTP"*Bb
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 %pV/(/Q
n*' |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 v+Ooihxl
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: /tV)8pEj
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 PCD1I98
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Pirc49c
最后的布局是: fpzC#
Add ~KCOCtiD
/ \ o,u-%
Divide 5 Q;`#ujxL
/ \ CFn!P;.!
_1 3 7]G3yt->
似乎一切都解决了?不。 5]gd,&^?>
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。 ZG<