一. 什么是Lambda 4AB7 uw
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 zbZ0BD7e
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, \D>vdn"Lx
l)GV&V
Ee;&;Q,O.z
D%kY
class filler !vHUe*1a{
{ Q+gd|^Vc9
public : fdGls`H
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} U)a}XRS
} ; x|n2,3%
.ICGGC`O
p't>'?UH|
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: |,L_d2lb
!VU[=~
}5-^:}gL
jSp4eq
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 2 /O/h
o:jLM7$=
B P%>J^
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 azKbGS/X
k!Nl#.j
:VC#\/f
poj@G{
二. 战前分析 p<
Emy%
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 v??}d
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 7k}[x|u
-S\74hA
Z?|\0GR+`5
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); B'>(kZYMs
/* --------------------------------------------- */ Q9=vgOW+
vector < int *> vp( 10 ); ),y{.n:wm
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); #` )zD"CO
/* --------------------------------------------- */ W-zD1q~0?
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); :a#Mq9ph!
/* --------------------------------------------- */ H Yt&MK
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); p6u"$)wt
/* --------------------------------------------- */ Tq[=&J
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 9{\eE]0
/* --------------------------------------------- */ vQ"EI1=7Z
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); %4?
`!Ei
H<H}
I`:nb
z( L\I
看了之后,我们可以思考一些问题: [xq"[*Evv
1._1, _2是什么? &(3kwdI
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。 >7.
$=y8b
2._1 = 1是在做什么? ;*ebq'D([
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。 U,S&"`a
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。 `G>
6
cN_e0;*Ua
lx,^Y647
三. 动工 &*iar+vr
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: "mr;!"LA
#!0le:_
\TqKm
R}7>*&S:
template < typename T > 289teU
class assignment VE1 B"s</
{ RGh`=D/yE
T value; M0g!"0?
public : ~E&drl\
assignment( const T & v) : value(v) {} 1"ko wp
template < typename T2 > 1c_qNI;:p
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } v[WbQ5AND
} ; a}eM ny
5#/"0:2
9Y&,dBj+
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 a.QF`J4"'
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment zbn0)JO
!^BXai/
L9[? qFp
] )D\ws)a9
class holder $[txZN
{ Ld6j;ZJ';
public : Qa~dd{?
template < typename T > 3lYM(DT
assignment < T > operator = ( const T & t) const N}Ozm6Mc
{ /~*U'.V
return assignment < T > (t); aY7kl
} xB"o
7,
} ; k @'85A`
Ym6zNb8
bQ
L/9f"%kZ
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: yE L^Y'x?
R06q~ >
static holder _1; Qag@#!&n
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 E8#r<=(m
@*jd.a`
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 7RNf)nz
而不用手动写一个函数对象。 =;Gy"F1 dp
"pTyQT9P
"Wd?U[[
9NvV{WI-1
四. 问题分析 4jEPh{q
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 XmN3[j
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 J/Ki]T9
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 d54(6N%
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 >Z
ZX]#=I
下面我们可以对这几个问题进行分析。 0kP,Zj<
&qqS'G*
五. 问题1:一致性 c!"&E\F
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| Rg~ ~[6G>
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 *l:5FTp
sIpq
struct holder \AV6;;}&
{ l9
RjxO.~U
// Z=`\U?,
template < typename T > m5Gt8Z 6a
T & operator ()( const T & r) const #UGm/4C
{ bj^YB,iSM
return (T & )r; xh
Sp<|X_
} vG9A'R'P
} ; ,W"Q)cL
|NFX"wv:c<
这样的话assignment也必须相应改动: >AIkkQT
]v96Q/a
template < typename Left, typename Right > o<2H~2/
class assignment DP`$gd
{ RMU]GCa
Left l; zMasA
Right r; o =)hUr
public : I8
Ai_^P
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} mf]1mG})
template < typename T2 > g,/gApa
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } |KFRC)g
} ; Q.:SIBP
Yy]^_,r
同时,holder的operator=也需要改动: D/pc)3Ofe
#MYhKySku
template < typename T > T1yJp$yD"
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Z!o&};_j
{ \9*wo9cV
return assignment < holder, T > ( * this , t); \A'MEd-
} `Cy-*$$
Enr8"+.(
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。 )HWf`;VQ
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 @mM'V5_#
xv;'27mUt
return l(rhs) = r; 7kapa59
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。 v#i,pBj
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 2OFrv=F
.} <$2.
template < typename Tp > J5PXmL
class constant_t aV3:wp]Gn
{ `PK1zSr
const Tp t; a!YpSFr
public : mD`v>L
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} *ZP$dQ
template < typename T > m }I@:s2
const Tp & operator ()( const T & r) const '&4W@lvyz
{ L2:v#c()#)
return t; hhQLld4
} o!6gl]U'y9
} ; kx=.K'd5H
2:0'fNXop
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 =jZ}@L/+
下面就可以修改holder的operator=了 )Cl!, m)~
NU>={9!
template < typename T > k@r%>Ul@
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const _ S%3?Q
{ `?)ivy>\:
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); m":lKXpQ
} o>lk+Q#L @
F8{"Rk}
同时也要修改assignment的operator() :[f2iZ"
z^s/7Va[
template < typename T2 > J
WaI[n}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } u2crL5^z2)
现在代码看起来就很一致了。 7u/_3x1
QfjgBJo%
六. 问题2:链式操作 -m*IpDi
现在让我们来看看如何处理链式操作。 [>l2E
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。 QTX5F5w
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。 w~EBm=v_>
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。 PScq-*^
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct t.'| [pOV
JD1IL` ta;
template < typename T > 9AQMB1D*v4
struct result_1 kc#<Gr&Z&
{ }!{9tc$<b
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ];X[x s
} ; U_!Wg|
QRbiO
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: +RLHe]9&
r9[{0y!4
template < typename T > (dZu&
struct ref RK%N:!fq=
{ xW92ZuzSH
typedef T & reference; FJ]BB4
K
} ; 6^
UQ{P1;
template < typename T > 6;rJIk@Fx=
struct ref < T &> 9 -7.4!]I
{ IK~'ke
typedef T & reference; ;OjxEXaq
} ; x>MrB
Y>v(UU
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: &~`Ay4hq
V2-fJ!
template < typename T > Hrb67a%b
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ;Y<Hi\2oy
{ ^id9_RU
return l(t) = r(t); Ak(_![Q:q\
} >jI(^8?
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 \va'>?#o1
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 .Y!]{c
p'PHBb8I
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 aH6{_eY
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: iDp'M`(6h
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 uLok0"}
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 rybs9:_}
最后的布局是: cs0;:H*N*
Add 7RW5U'B
/ \ Ww8<f$
Divide 5 05_aL` &eb
/ \ C(o]3):?
_1 3 Zx&gr|)}
似乎一切都解决了?不。 0K/?8[#
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。 alu3CE
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。 ID+o6/V8
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: r3.A!*!
M[aF3bbN
template < typename Right > )3h%2C1uM
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const M'Fa[n*b?!
Right & rt) const ~loJYq'y
{ {Dv^j#
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 5LJUD>f9Z
} >,JLYz|</
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 xqV>m
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。 C*O648yz[
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。 HR0t[*
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。 D|zlC,J,
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。 Ur^~fW1o
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? cb ICO
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: +n#(QOz
%Ot2bhK;
template < class Action > *=+m;%]_
class picker : public Action C)w11$.YQ9
{ Cso!VdCX
public : <A% }
picker( const Action & act) : Action(act) {} (;1rM}B;1
// all the operator overloaded 8=XfwwWHy<
} ; gWlv;oq
NI(fJ%U
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 T )QZ9a
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 0UV5}/2rP
p72:oX\QI
template < typename Right > /`d|W$vN
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ARcPHV<(2
{ A\{dq:
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 2?=R_&0Q
} 2=?/$A9p
r3~~4Q4XI>
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > tCkKJ)m
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 vn5X]U"
HTfHAc?W
template < typename T > struct picker_maker 0}(ZW~&1
{ [=Qv?am
typedef picker < constant_t < T > > result; v4X\LsOP
} ; }o>6 y>=
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > zGm#erE
{
"rnZ<A}
typedef picker < T > result; N*d
)<8_
} ; D%PrwfR
m@Ziif-A
下面总的结构就有了: jlhyn0
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 p#-;u1-B
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 h>s|MZQ:*
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 Qi&!Ub]
至此链式操作完美实现。 j/I^\Ms
*hJ&7w ~
l`#XB:#U
七. 问题3 Kk?]z7s-4
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 l)JNNcej
xR9<I:^&
template < typename T1, typename T2 > NF/@'QRT
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ^F5Q(A
{ #Y)Gos
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Z^Y_+)=s
} 4';~@IBf
v
};r
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: S4n ~wo
L;wfTZa
template < typename T1, typename T2 > SZGeF;N
struct result_2 D{b*,F:&@)
{ ;.%Ii
w&WG
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 1J(` kQ)c
} ; MS`wd
`5VEGSP]
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? ~d+.w%Z`
这个差事就留给了holder自己。 <
5%:/j
<<xUh|zE
B/P E{ /
template < int Order > 9XU"Ppv
class holder; iy{n"#uX
template <> Ww8C}2g3
class holder < 1 > 5C03)Go3Z
{ "rV-D1Dki
public : YMlnC7?_/
template < typename T > f:/[
struct result_1 wHGiN9A+
{ (:JX;<-
typedef T & result; Pfy2PpA
} ; -ahSFBZlg
template < typename T1, typename T2 > l4 @
struct result_2 y">_$
{ FiN^}Kh
typedef T1 & result; %t*_Rtz\o
} ; L|O'X4"&_
template < typename T > %/b3G*$W
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const $d<vPpJ3
{ Ek0zFnb[Gx
return (T & )r; QKj8~l(
} b4l=Bg"
template < typename T1, typename T2 > SGuR-$U`)
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const D..dGh.MY
{ zQ;jaS3hf
return (T1 & )r1; AKKp-I5
} jm|x=s3}h
} ; Ch3{q/-g
&$\B&Hp@
template <> E?L^L3s
class holder < 2 > ZGstD2N$
{ 6 WD(
public : i)vbmV
template < typename T > rQ_!/J[9
struct result_1 ? {@UB*
{ zz4TJ('
typedef T & result; Z*9Qeu-N:
} ; H9@24NFb
template < typename T1, typename T2 > `v]|x,l+C
struct result_2 (?9 @nS
{ })I_@\q
typedef T2 & result; |4=Du-e
} ; h92'~X36
template < typename T > ;IN!H@bq
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const #84<aM
{ F&ud|X=m
return (T & )r; -r.Qy(}p
} .7h:/d
Y:
template < typename T1, typename T2 > &#keI.,
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const j|Q*L<J
{ aFCma2
return (T2 & )r2; @X _<y
} 8uj;RG
} ; +#||
w9p
j -H2h
a&'!g)d
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> >。 q<5AB{Oj?
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: nnv&