一. 什么是Lambda tDETRjTA
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 &zYQH@
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, g?v/u:v>W
Q]5_s{kiz
jP+{2)z"W
d8Vqmrc~
class filler {X?Aj >l
{ D <~UaHfk
public : 9#[,{2pJr
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 2-m@-
} ; rk=/iD
!@!603Gy
7
\xCNOKh
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: q?frt3o
6O?zi|J[:
x`?>j$
cvw17j
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); &NF$_*\E
z*HM_u
'(iPI
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 %nJo:/
5[2kk5,
*~U*:>hS
P}'B~~9W
二. 战前分析 R?{_Q<17
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。 5_A*IC]
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 N/>:})dav
~!ei]UP
AQ
FnS&Y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); FVNTE+LW
/* --------------------------------------------- */ S/Ic=
vector < int *> vp( 10 ); ebEI%8p g
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); .3)
27Cjw
/* --------------------------------------------- */ \e'Vsy>q
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); (Jb#'(~a
/* --------------------------------------------- */ Ot.v%D`e 5
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); g
mWwlkf9
/* --------------------------------------------- */ = y^5PjN
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); r5[pT(XT]
/* --------------------------------------------- */ 8(ZQM01;
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); kjQW9QJ<
&qY]W=9uK
XX-(>B0L
(k+*0.T&?
看了之后,我们可以思考一些问题: AyUw
1._1, _2是什么? z}}P+P/
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。 "+2Cs
2._1 = 1是在做什么? lpPPI+|4N
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。 '<,Dz=
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。 X<_HQ
XD8Cf!
N, u]2,E
三. 动工 {oOUIP
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: $+2QbEk&-
%qsl<_&
]
0L=+=w
ZweAY.]e
template < typename T > {nM1$
class assignment |[r7B*fw
{ kE6/d,
T value; FaJK
R
public : *]/iL#
assignment( const T & v) : value(v) {} Slo^tqbG
template < typename T2 > pC,Z=+:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } J e|
} ; 3ouy-SQ
gdSqG2/&
>+<b_q|P
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 %yc-D]P/
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment aZo}Ix:/
%Un wh1VG
|3FGMg%
4n.JRR&;
class holder Kt qOA[6
{ P3!@}!r8
public : "N'W~XPG
template < typename T > D9;pjY
assignment < T > operator = ( const T & t) const f.j<VKF}
{ A
?tna6W:
return assignment < T > (t); * BrGh
} h$sOJs~6h
} ; 2oc18#iG(
oM>UIDCY_v
AMB{Fssz
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: sWse
(_2
z80(+`
static holder _1; y5c\\e
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ,%A|:T]
7MZH'nO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); |_g7k2oLY
而不用手动写一个函数对象。 EF$ASNh"
Q3hSWXq'
]5@n`;.
og8hc~:ro
四. 问题分析 ,K@[+ R!
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。 LRWM}'.s
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。 I.Catm2
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。
s5G`?/
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 5~UW=
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ^kC!a>&
.>r3ZwrE'
五. 问题1:一致性 7jxx,#I:
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?| AB3OG*C9
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 8kcMgCO
yaG:}=.3
struct holder 8JQ\eF$ma
{ B1FJAKI);
// C6F7,v62
template < typename T > :J@3:+sr
T & operator ()( const T & r) const "doiD=b
{ dPpJDY0
return (T & )r; {A< 9 61
} o(DG 3qk
} ; fD(r/~Vu
x%k@&d;z
这样的话assignment也必须相应改动: PRUl-v
I0H]s/*C%9
template < typename Left, typename Right > qAd=i0{N
class assignment 6&;GC<].(y
{ $nW9VMa
Left l; f|_\GVW
Right r; <@GO]vY
public : 2?6]Xbs{
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} xR
kw+
template < typename T2 > j
`!Ge
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } |qj"p
} ; V'>P lb.A
-
7T`/6
同时,holder的operator=也需要改动: 32HF&P+0%
.`_iWfK
template < typename T > .vy@uT,
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Iw.!*0$
{ |cnps$fk~
return assignment < holder, T > ( * this , t); EqtL&UHe
} $mAC8a_Zu
iFI+W<QR
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ~4=*kJ#7
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ~@6l7H6{
}[lP^Qs
return l(rhs) = r; jDQ ?b\^
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 -G/qfd|s/
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 'nM4t
)=iv3nF?6N
template < typename Tp > `C|];mf(#
class constant_t KiI+ V;o
{ <)!,$]S
const Tp t; 'Nt)7U>oC9
public : *U%3[6hm
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ))Z>$\<:
template < typename T > YU8]W%
const Tp & operator ()( const T & r) const ;/Z-|+!IJt
{ |
?vm.zp
return t; K, !
V _
} Z- a
} ; h/|p`MP\1
&)+H''JY
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ,m]5j_< }
下面就可以修改holder的operator=了 >"=DN5w
,S
R3a}YwJFXF
template < typename T > R)*DkL!
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const -L]-u6kC[
{ rq!*unJ
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); a9p:k
]{
} ! #!
MTk
ILAn2W
同时也要修改assignment的operator() )kI**mI}
7p]Izx8][
template < typename T2 > Ic_NQ<8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 8 I_
现在代码看起来就很一致了。 "|1iz2L
7M7Ir\d0lp
六. 问题2:链式操作 *@PM,tS;
现在让我们来看看如何处理链式操作。 {]}94T~/k
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 mgVYKZWL-i
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 K.mxF,H
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 Kw?3joy
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct m#8[")a$"
vaP`'
template < typename T > MA:5'n
struct result_1 K y%lu^
{ 9-{=m+|b
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ^s7!F.OC
} ; ,I5SAd|dX
wz69Yw7
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: OrM1eP"I
54z.@BJhE
template < typename T > J@$~q}iG
struct ref OHpV%8`
{
HrsG^x
typedef T & reference; 'n,V*9
} ; ML\>TDt
template < typename T > kO3\v)B;
struct ref < T &> Pb8@owG8
{ C[
mTVxd
typedef T & reference; KsOWTq"uj
} ;
JL1A3G
JJtx `@Bc
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: dV'EiNpf
;H~<.QW
template < typename T > A)C)5W
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const @lE'D":?
{ /
}$n_N\!)
return l(t) = r(t); |0=UZK7%O
} ,n8\y9{G
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。 sNo8o1Hby
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 i}DS+~8v
[A,^F0:h
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 @pYEzizP7
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: iI IXv
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 'v V7@@
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 PZusYeV8b
最后的布局是: *l+Dbm,u
Add + tMf&BZ
/ \ \$wkr
Divide 5 s||" } l
/ \ TMj;NSc3
_1 3 s4"OsgP+
似乎一切都解决了?不。 -<6?ISF2
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。 @ps(3~?7
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。 {jz`K1
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:
qt~=47<d
:HO5
T
template < typename Right > z2uL[deN'"
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Fa )QDBz)
Right & rt) const *$<W"@%^J
{ R^*baiXVI
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); }LT&BNZj
} dg24h7|]
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 >SK:b/i
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 (6S'wb
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 +1y$#~dl
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。 ]A3
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。 t+8e?="
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? zOs}v{8"
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: PVo7Sy!'H
9aJIq{ `E
template < class Action > 7pyzPc#_
class picker : public Action !=YKfzE
{ fu^W# "{
public : BHUI1y5t
picker( const Action & act) : Action(act) {} :dSda,!z
// all the operator overloaded ! ;t\lgMl
} ; 2]5{Xmmo9
wu)+n\mt'
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。 Ku75YFO,5
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: qcj {rG18
-d\sKc
template < typename Right > \EySKQ=
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const XVN`J]XHk
{ =:^aBN#
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ?q:|vt
} 3=YpZ\l}
__g
k:a>oQ
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > %tyo(HZQ
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。 4#B'pJMw9
Y &Cb
template < typename T > struct picker_maker >[fu&r1
{ ef7{D
P
typedef picker < constant_t < T > > result; @KQ.t F*
} ; gJ
\6cZD
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > SMX]JZmH
{ Qn!mS[l
typedef picker < T > result; l;lrf3
} ; r=H?fTY<3E
?RsrY4P
下面总的结构就有了: J-v1"7[2GC
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。 XMrk2]_
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。 aOwjYl[?p
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 \Oeo"|
至此链式操作完美实现。 B.q/}\
?(
&
o5x
5 #K*75>
七. 问题3 M^o_='\bE
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。 x}+zhRJ
fST.p|b7
template < typename T1, typename T2 > p0Jr{hM
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const . <"XE7
{ =nhY;pY3u
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); "b} mVrFh
} q!$s<n
]vvYPRV76
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: ("9bV8:@B
.AfZ5s]/F
template < typename T1, typename T2 > cFUD$mp
struct result_2 VeYT[Us"
{ 7IX8ck[D
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 0gd`W{YP
} ; : ky`)F`
wjA
wJOw|
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? >JyS@j}
这个差事就留给了holder自己。 H7zN|NdNw
'hpOpIsHa
+%JBr+1#\
template < int Order > 5=pE*ETJ
class holder; Xz_WFLq4
template <> ZL(
j5E
class holder < 1 > \}Jznzx;
{ o,6t:?Z
public : 0k]ApW
template < typename T > ?jmP]MM
struct result_1 DrK]U}3fh"
{ 1q6)R/P
typedef T & result; vK',!1]y
} ; H;/do-W[
template < typename T1, typename T2 > o(*\MTt?
struct result_2 `6Bx8CZ'I
{ x4MmBVqp
typedef T1 & result; Er;/zxg9p
} ; l0qaTpn
template < typename T > 1Bj.MQ^
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const Z`Y&cK