一. 什么是Lambda ><}nZ7
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ` Tap0V
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, n0lOq
%4nf(|8n
,,uhEoH
4z(~)#'^
class filler KyNu8s k
{ vcFR Td
public : VFf;|PHS
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} U,WMP<5&
} ; }!_z\'u
Q#3}AO
C>Hdp_Lm
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: ^y@
W\
"<=4]Z
R>0[w$
7"'RE95
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); $Y7VA
]owgsR
nms[No?
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 )xy>:2!#Y
q'8*bu_
"d)YqQ
#$Zx ].[lc
二. 战前分析 B2kZ_4rB
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。 RTh=x.
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 :6(\:
:"Xnu%1
O5r8Ghf)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); y-26\eY^P
/* --------------------------------------------- */ @.7/lRr@bp
vector < int *> vp( 10 ); /[_aK0U3
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); gbzBweWF
/* --------------------------------------------- */ D=^&?@k<
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); yo[Sh6r/9b
/* --------------------------------------------- */ S%MDQTM
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ?7NSp2aq2A
/* --------------------------------------------- */ A{s-g>s
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); T*/I4"
/* --------------------------------------------- */ 2FuV%\p
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); )'m;a_r`
26/<\{q~
1 |{s8[;8
kqKT>xo4EZ
看了之后,我们可以思考一些问题: UWO3sZpU
1._1, _2是什么? 4tm%F\Izy
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。 _6fy'%J=U
2._1 = 1是在做什么? _ ]5UuIMl
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。
M ]047W
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。 RVAku
i@+m<YS:2>
ufk2zL8y
三. 动工 {{G3^ysa
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: l 8?C[,K%
n>pJ/l%`
)K?7(H/j
#~'d
Y\&
template < typename T > I8!>7`L
class assignment bK6^<,~
{ ^S`hKv&87
T value; *jhgCm
public : jfK&CA
assignment( const T & v) : value(v) {} SAq.W"ri
template < typename T2 > |?J57(
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 9^DAlY,x.
} ; *0" ojfVn
,oH\rrglf
HXT"&c|
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 c<Cf|W
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment O\f`+Q`0
U+'zz#0qN
.+S%hT,v6i
j~Pwt9G
class holder sDBSc:5+e
{ `^/8dIya
public : />E
ILPPb
template < typename T > xGyl7$J
assignment < T > operator = ( const T & t) const m7i_Iv
{ h._eP.W `
return assignment < T > (t); }O+xs3Uv
} tXA?[ S
} ; g"" 1\rc=
/[lEZ['^
s:lH4B
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Q&PWW#D
]h1.1@ >xc
static holder _1; fsPsP`|
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 q}p$S2`
S -mpob)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); dH5*%
而不用手动写一个函数对象。 z*.G0DFw
%6@)fRw
U"|1@W#
HaL'/V~
四. 问题分析 Y?1T
XsvF
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。 _,0.h*c
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。 /,uxj5_cT
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 CvRCcSJM\2
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 |qguLab(
下面我们可以对这几个问题进行分析。 WFc4(Kl
}~&0<8m
五. 问题1:一致性 \i[N";K
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?| -[vw 8
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 &+02Sn3A
=Bc{0p*
struct holder LiFR7\z
{ 837:;<T
// 7;@YR
template < typename T > Q)4[zStR#
T & operator ()( const T & r) const GQ?FUFuIoW
{ Ff>X='{
return (T & )r; 5l@}1n
} [u*7( 4e
} ; :j3^p8]
yj'lHC
这样的话assignment也必须相应改动: > .}G[C
X}
V]3
template < typename Left, typename Right > ~0024B[G
class assignment Q'cWqr
{ x])j]k
Left l; /g*_dH)=
Right r; L-U4
8 i
public : p`&{NR3+
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} s\3]0n9
template < typename T2 > c8]%,26.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } h*KDZ+{)
} ; A #SO}c
c)Ef]E\
同时,holder的operator=也需要改动: 9wc\~5{li
=>>Dnp
template < typename T > f#AuZ]h
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const :T PG~`k(
{ 3ONW u
return assignment < holder, T > ( * this , t); i@P=*lLD
} "Ltp]nCR
&<#1G
u_
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。 ,0HID:&
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 YH%U$eS#g
<oP`\m
return l(rhs) = r; n&]J-^Tx
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 (/&ht-~EL
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: _}\KC+n8
~FI} [6Dd
template < typename Tp > cuG;1,?b
class constant_t sX>|Y3S\U
{ g&B7Y|Es
const Tp t; vm*9xs
public : h$~$a;2cR
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} OmK0-fa/
template < typename T > O*/Utl
const Tp & operator ()( const T & r) const 2y$DTMu
{ uU$/4{
return t; ](-[
I#
} v{lDEF@2^N
} ; v(O@~8(I
@DM NLsQ
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 +LWgby4q
下面就可以修改holder的operator=了 y&4im;X0
GQ.akA_(
template < typename T > gQ '=mU
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ?OO !M
{ c}=[r1M*
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Lrx"Hn{
} |M<R{Tt}nf
}
-hH2
同时也要修改assignment的operator() \sVzBHy d
EG=U](8T
template < typename T2 > },5LrX`L
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } [A!=Hv_$
现在代码看起来就很一致了。 H lFVc
{![E)~
六. 问题2:链式操作 bDw\;bnG
现在让我们来看看如何处理链式操作。 b1e)w?n
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。 :SF8t` 4`
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。 R*dXbI&,e
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。 2j>C4Ck
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct '+^XL6$L
8fWnKWbbjw
template < typename T > blbzh';0}
struct result_1 'i/"D8
{ nM$-L.dG
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; @M }`nKXM
} ; u*Y!=IT
z"sv,W
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: mp]UUpt
#eI`l`}
template < typename T > +(q
r {G?
struct ref ,qgR+]?({
{ _{i-.;K
typedef T & reference; -cXVkH{
} ; p_3VFKq>0
template < typename T > 5bK:sht
struct ref < T &> Z q}Cl'f
{ 7,9zj1<
typedef T & reference; c%n%,R>
} ; #0qMYe>Y
| qf8y
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: C\[g>_J
Q},uM_"+
template < typename T > f V/
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const rlDJHR6
{ UB;~Rf( .
return l(t) = r(t); q*>|EJR^Rw
} A56aOI=
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。 xaSiG
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 E[_-s
N
aiZU
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 o648
xUP
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: l>>,~
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 @2$iFZq~
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ws}>swR,
最后的布局是: g!;Hv
Add z?_5fte`
/ \ 2ld0w=?+eu
Divide 5 .3,Ow(3l
/ \ o|a]Q
_1 3 n)teX.ck)
似乎一切都解决了?不。 A832z`
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 pK2n'4
C
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 _UeIzdV9
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: laFF/g;sRC
h|=&a0
template < typename Right > G Q+g.{c
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const w.0]>/C
Right & rt) const h5#V,$
{ le`_
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); gI~jf- w
} $3n@2 N`
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 (kI@U![u
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 kIUb`b>B
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 .hXdXY
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 d5B96;3
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 _9zydtw
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? u%Yr&u
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: qg@Wzs7c~
TBqJ.a
template < class Action > cvf#^Cu
class picker : public Action S)\%.~ n
{ ep"54o5=d
public : C,m
o4,Q
picker( const Action & act) : Action(act) {} 4q5bW+$Xj
// all the operator overloaded ?l<u %o
} ; n\y%5J+
e6?h4}[+*
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。 ;yH1vX
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: w,FOq?j^k
BK:S:
template < typename Right > vl}uHdeP9
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const bMw)>4
{ $r=Ud >
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); `5Qo*qx
} ^^Tu/YC9x
d<v>C-nk%
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > GzUgzj|BN~
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 ojitBo~
q
y8=4~40
template < typename T > struct picker_maker Ge;plD-f
{ U= PG0
typedef picker < constant_t < T > > result; >m{)shBX
} ; 9f4#b8
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Z*|qbu)
{ 7MT[fA8^
typedef picker < T > result; k iCg+@nT
} ; \/9uS.Kw
~T[m{8uh
下面总的结构就有了: AcYL3
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 v(t?d
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 MW+]w~7_Q
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 b|*A%?m
至此链式操作完美实现。 s^$zOp9
lLT;V2=osX
xCV3HnZ
七. 问题3 =ITMAC\
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。 `?VB)
oY{r83h{
template < typename T1, typename T2 > b='YCa
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const "+ji`{
{ #9Z*.
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 3y?ig2
} pr[[)[]/
H{P"$zj`l
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: M+ gYKPP
'qhA4W9
template < typename T1, typename T2 > }cE,&n
struct result_2 <5~} !N X`
{ V4!RUqK
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; &k?Mt#J
} ; RCq_FY
x=bAR%i~
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? dO e|uQXyD
这个差事就留给了holder自己。 tsZrn
J~:/,'Ea
mYN|)QVKy
template < int Order > KwRO?G9&
class holder; )A['+s
template <> .Tdl'y:..
class holder < 1 > y@G5I>v
{ Px}#{fkS
public : mMw&{7b:
template < typename T > U&/Jh^Yy
struct result_1 W&6P%0G/
{ B" wk:\zC
typedef T & result; 2Fce| Tn
} ; It4J\S
template < typename T1, typename T2 > kG+CT
struct result_2 c|Nv^V*2
{ d3(T=9;f2
typedef T1 & result; lFD$Mc
} ; ~'HwNzDQc
template < typename T > Ajhrsa\~a
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const M*E4:A9_M
{ r$6z{Na\[
return (T & )r;
#oi4!%*M
} fdCsn:
template < typename T1, typename T2 > .Lp0_R@
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const a$FELlMv
{ H.Z:at5n
return (T1 & )r1; 56AaviE C
} Y=4 ,d4uu
} ; fdzD6KZI
Sz"J-3b^
template <> r 06}@ 7
class holder < 2 > X1i6CEa<
{ |jaUVE_2[
public : l<{]%=Qg
template < typename T > ^C@uP9g
struct result_1 L$@^EENS
{ 6$b"tdP
typedef T & result; p(~>u'c
} ; +8Zt<snG
template < typename T1, typename T2 > q=}Lm;r
struct result_2 j46fQ
{ ?ae:9ZcH
typedef T2 & result; M&y!w
} ; ZqkP# ]+Y'
template < typename T > RWXj)H)w
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const @=b0>^\m
{ As1Er[>
return (T & )r; aM3%Mx?w
} f| 3`8JU
template < typename T1, typename T2 > =2)5_/9au
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const OsAXHjX}
{ Z.:5<oEKg
return (T2 & )r2; Yk:fV &]
} 5}~*,_J2Z
} ; oFHVA!lqe
9ToM5oQ
<h
U ZD;
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 _$wWKJy9
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: i?'HVx
首先 assignment::operator(int, int)被调用: }!& w<wR
/^#k/z
return l(i, j) = r(i, j); E[t\LTt*n
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) CjOaw$s
|VlAt#E
return ( int & )i; &.+[~2
return ( int & )j; M`KrB5a+6
最后执行i = j; ()(@Qcc
可见,参数被正确的选择了。 zY\v|l<T
Q]w;o&eo
fmA&1u/xMs
Fx0K.Q2Y0
8b(UqyV
八. 中期总结 -deY,%
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: \"_;rJ{!aE
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 |>A1J:
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 u$&