一. 什么是Lambda N9[2k.oBH
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 #VLO6
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, T##_?=22I
-f4>4@y
p5`d@y\hj
;)SWUXa;{
class filler x'uxSeH$
{ w`77E=
public : ?)60JWOJ1
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ~<)CI0=
} ; 7p!w(N?s
UImd*;2TE
=`
%iv|>r0
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: _F"o0K!u
'u%;5;%2
{e3XmVAI
z1WF@Ej
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Hf
]w
uqN:I)>[P
s-z*Lq*
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 /=|5YxY
%)|_&Rh
+dt b~M
!OO{qw(*g
二. 战前分析 )]^xy&:|
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。 _BA2^C':c{
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 pFUW7jE
(t{m(;/
)Q!3p={S*
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); */kX|Sur
/* --------------------------------------------- */ .&Vyo<9Ck
vector < int *> vp( 10 ); Wb|xEwq d`
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); p{sbf;-x}
/* --------------------------------------------- */ mp\`9j+{
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); hlgBx~S[
/* --------------------------------------------- */ neHozmm|
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ub#>kCL9
/* --------------------------------------------- */ il)LkZ@
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Je5UVf3>2&
/* --------------------------------------------- */ \Jcj4
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); X5M{No>z
;M95A
CXzN4!
?]d[K>bv
看了之后,我们可以思考一些问题: 5T,In+~Kd
1._1, _2是什么? P/'9k0zs)
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。 cITF=Ez
2._1 = 1是在做什么? :EXH8n&|
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。 N~w4|q!]
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。 B;r o(R
K)h\X~s
5:=ECtKi
三. 动工 sbZ^BFqp
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: @_O,0d
g
XyS|7#o
lF=l|.c
<Bmqox0
template < typename T > ][b2Q>
class assignment X1P_IB
{ LPOZA`
T value; |H,g}XWMU
public : K]b_JDEk
assignment( const T & v) : value(v) {} azUEp8`|
template < typename T2 > NWGSUUa
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } LB)sk$)
} ; ]/_GHG9
Hko(@z
CkJU5D
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 %o~w
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment q0}?F
/eoS$q
#2F 6}
OfR\8hAY
class holder ""dX4^gtU
{ d^&F%)AT
public : $S"QyAH~-a
template < typename T > sF/X#GG-
assignment < T > operator = ( const T & t) const /R_*u4}iD
{ s1[_Pk;!
return assignment < T > (t); bEXm@-ou
} +UK".
} ; )A`Zgg'L7D
K{
s=k/h
t*fG;YOg
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: +3c!.] o;
h-XMr_F
static holder _1; wGqQR)a
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 A0NNB%4|/
tGKIJ`w*h
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); &zCqF=/9U
而不用手动写一个函数对象。 4b" %171
C~2/ 5
YzcuS/~x
AX|-Gv
四. 问题分析 R|Oy/RGY$
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。 (okCZ-_Jn
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。 MuQBn7F{c
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 E0 nR Vg
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 8Ee bWs*1
下面我们可以对这几个问题进行分析。 6zQ {Y"0
A%VBBvk
五. 问题1:一致性 A2`QlhZ
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?| bb6
~H
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ;|2h&8yX(/
n0X_m@
struct holder s[yIvlHw`
{ ,_66U;T
// mGQgy[gX
template < typename T > oCLs"L-r{
T & operator ()( const T & r) const 3^LSK7.:
{ G -U%
return (T & )r; |~!
R5|Q
} CS 7"mE`{
} ; u}QB-oU
Dm@wTt8N(
这样的话assignment也必须相应改动: XUD/\MoV
ub"(,k P
template < typename Left, typename Right > s$Il;
class assignment 3:$hC8
{ !b O8apn
Left l; qAH@)}
Right r; HQ%-e5Q
public : Z\=].[,w4
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ;Yrg4/Ipa
template < typename T2 > Mk=;UBb$X
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } TQ?D*&
} ; H=vrF - #
DPfP)J:~
同时,holder的operator=也需要改动: 1i}Rc:
mT.p-C
template < typename T > ObC
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const <v?9:}
{ \/jr0):
return assignment < holder, T > ( * this , t); r)|X?
}
qO
]P TTI\n
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 >G2o
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 '3>kD H+
1#AdEd[
return l(rhs) = r; j+3~
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ]JX0:'x^
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: s,TKC67.%+
o~
.[sn5l-
template < typename Tp > W{Cc wq
class constant_t ]McLace&
{ ]1 #& J(
const Tp t; gmfux
b/
public : \s2hep
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} =2#a@D6Bl
template < typename T > i0uBb%GMT
const Tp & operator ()( const T & r) const u93=>S
{ 0(s0<9s%
return t; d\`A
^
} 0lNVQxG
} ; &nk6_{6
c
B$k<F8!%
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ND\
下面就可以修改holder的operator=了 j380=?7
a z
7Vy-
template < typename T > UXvk5t1
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const %T*lcg
{ omM*h{z$$
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ?;.j)
} rt%.IQdY
*b?C%a9
同时也要修改assignment的operator() 05:`(vl
A~Eu_m
template < typename T2 > c/ wzV
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } >Dpz0v
现在代码看起来就很一致了。 >Fm}s,
]RmQ*F-
六. 问题2:链式操作 Nt#zr]Fz
现在让我们来看看如何处理链式操作。 yy4QY%
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。 ?7@Y=7BS4
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。 :g3n
[7wR
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。 ]Ff"o7gT
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct "G P!]3t
irCS}Dbw
template < typename T > CjM+%l0MW
struct result_1 AiSO|!<.N
{ lhTjG,U=
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; )W'l^R4W
} ; e# K =SV!H
H,qIHQW#
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: p5^,3&
h&J6
template < typename T > n6;jIf|
struct ref ;Jt*s
{ M#on-[
typedef T & reference; qUSImgg
} ; T#^
template < typename T > >#B%gxff
struct ref < T &> gd[jYej'RP
{ #M6@{R2_
typedef T & reference; o)'T#uK
} ; EA%(+tJ^0
E;~gQ6vAI
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: *52*IRH
g o/]+vD
template < typename T > 5n1;@Vr
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const xL4qt=
{ !o 2"th
return l(t) = r(t); .Vux~A
} EvIL[\Dy
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。 !<]%V]5[_
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 W-@A
!!_K|}QOE
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 ?yzhk7j7
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: S2K_>kvG)~
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ^AMcZ6!\
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 qSj2=dlW
最后的布局是: _*6nTSL
Add fi+u!Y*3Z
/ \ ZA zn-n
Divide 5 T F&xiL^
/ \ zcD&xoL\H
_1 3 9H?er_6Yf
似乎一切都解决了?不。 bT}P":*y
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。 CQ2{5
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。 EtJyI&7VK
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: *7.!"rb8A
Gvv~P3Dm
template < typename Right > 3N(s)N_P M
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const O5{!CT$
Right & rt) const p*F&G=ZE
{ n>jb<uz
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Oi&.pY:X-
} S*],18z?
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 qyv9]Q1
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。 %d*k3f
}
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。 314PcSc
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。 -0PT(gx
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。 ~YOwg\w^
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? ;!&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: 5Fm.] /
|r 1\
template < class Action > R_\{a*lV0
class picker : public Action oEU %"
{ EsXCi2]1
public : D4<nS<8
picker( const Action & act) : Action(act) {} Bp6jF2
// all the operator overloaded v9INZ1# v
} ; x)l}d3
g}0}$WgH:
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。 !!4_x
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:
]
o tjoM
+4f>njARIb
template < typename Right > Bvzl*
&?
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const y7dnXO!g9-
{ 2]5dSXD
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); [ jve
|-v=
} w-};\]I
s/UIo^m
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > +I#4+0f
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。 jFpXTy[>
?JDZDPVJ)
template < typename T > struct picker_maker !YSAQi ;I
{ aM5zYj`pW
typedef picker < constant_t < T > > result; ~PP*k QZlJ
} ; mb~w .~%
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > #sdW3m_%
{ E{sTxOI$
typedef picker < T > result; &K2[>5
mG
} ; L B1ui
#K'3`dpL
下面总的结构就有了: c 6@!?8J
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。 2<)63[YO
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。 L)&?$V
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 R<lj$_72Q
至此链式操作完美实现。 <Rob.x3
&e@2zfl7
mza1Q~<
七. 问题3 {uh]b(}s)
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。 b+yoD
J/8aDr(+
template < typename T1, typename T2 > ViQxOUE
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 7lY&/-V
{ Q7UFF
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); )VQ:L:1t(
} Ox.&tW%@
sh[Yu
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: \Xc6K!HJM
FYR%>Em
template < typename T1, typename T2 > ~{iBm"4
struct result_2 EMzJJe{Cv
{ hc2[,Hju{O
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; T5.1qr L
} ; \ F#mwl,>"
Q\&FuU
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? =_I2ek
这个差事就留给了holder自己。 %/b?T]{
frbKi _1
hNmC(saMGm
template < int Order > A
U9Y0<
class holder; GLQ1rT
template <> R<{bb'
class holder < 1 > G$XvxJ
{ ~V[pu
public : B-ReBtN
template < typename T > )+RTA
y [k
struct result_1 1O*5>dkX;%
{ $wH{snX
typedef T & result; b>=MG8
} ; q]YPDdR#
template < typename T1, typename T2 > "8%B
(a
5A
struct result_2 hH[UIe
{ gN1b?_g
typedef T1 & result; 5s_7P"&H
} ; 7)!(0.&
template < typename T > \.2?951}
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const M8a^yoZn
{ lrB@n?hk
return (T & )r; f1(V~{N,+
} c<