一. 什么是Lambda IKD{3cVL
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 F? #3
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, '/d51
QYH-"-)
+}:Z9AAMy
+-izC%G
class filler `^M]|7
{ &G{GLP?H
public : 8!_jZ f8
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} M:+CW;||!
} ; HbTVuf o
oRV}Nz7hr
^m\o(R
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: S=@+qcI
o@meogkL
]J7qsMw
e(c\ U}&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 3[m~-8
5!c/J:z
v">?`8V
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 1T^WMn:U
N`8K1{>BH
9CDei~
@Z5q2Q
二. 战前分析 k/K)nH@)
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。 RX gb/VR
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 AWO)]rM
#6 M]tr
5y#,z`S
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 8v$q+Wic
/* --------------------------------------------- */ E0Wc8m "
vector < int *> vp( 10 ); T7[@ lMa?
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); r%,?uim#
/* --------------------------------------------- */ N ,~O+
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); {cK<iQJ
/* --------------------------------------------- */ u0C:q`;z
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); EC+t-:a]
/* --------------------------------------------- */
s*uA3}j
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); i<uU_g'M
/* --------------------------------------------- */ vhe Y
F@
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); +R'8$
PRhC1#
aV;|2}q "
sY]J!"
看了之后,我们可以思考一些问题:
@|gG3
1._1, _2是什么? UHl3/m7g
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。 !0{SVsc)
2._1 = 1是在做什么? ]kj^T?&n.
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。 {*xE+ |
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。 4^7 v@3
)nm+_U
4n,&,R r#
三. 动工 K?.~}82c
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: &PMQ]B
[gW eD
:jiEn
y
Fis!MMh.$
template < typename T > n
Kkpp-
class assignment k!c7eP"%8^
{ ~&?([}A
T value; \0\ O/^W0
public : J;4x$BI
assignment( const T & v) : value(v) {} UP](1lAf
template < typename T2 > De$~ *2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } $QJ3~mG2
} ; 2?,Jn&i5
m6Dm1'+
@@Ib^sB%
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 :6Ri% Nb
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment G(E1c"?
`YOYC
5%-{r&
{gD ED
class holder `d <`>
{ <\229
public : )%C.IZ_s2
template < typename T > 4$-R|@,|_
assignment < T > operator = ( const T & t) const e@3SF
{ !LKxZ"
return assignment < T > (t); := V?;
} k+J3Kl09hM
} ; M5bE5C
d9{lj(2P
r-qe7K@p
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: J/]%zwDwS
%"
iX3
static holder _1; eMGJx "a
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 z}vT8qoX
K V5
'-Sv1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); W8W7<ml0A
而不用手动写一个函数对象。
>a"J);p
Vgm*5a6t
XIcUoKg^
^".OMS"!
四. 问题分析 :WB uU
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。 '#Wx@
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。 zs=3e~o3
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 'sEnh<
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 OZ`cE5"i
下面我们可以对这几个问题进行分析。 E%w^q9C
k_pv6YrE
五. 问题1:一致性 y##h(y
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?| .}__XWK5
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 CW1l;uwtU
UyGo0POW
struct holder 45~x
#Q
{ l b(
// &bTCTDZh
template < typename T > n Bm ]?
T & operator ()( const T & r) const '_v~+
{ V%-hP~nyBx
return (T & )r; V60L\?a
} ebA:Sq:w
} ; dIC\U
F5?S8=i
这样的话assignment也必须相应改动: :8b'HhjM
#Y5k/NPg
template < typename Left, typename Right > oU=vl!\J
class assignment Y"FV#<9@7E
{ 0U=wGIO
Left l; $N?8[
Right r; /k'7j*t Z
public : )+
<w>pc
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} $PJ==N
template < typename T2 > .IW`?9O$E
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } J[}H^FR
} ; < $zJi V
M+ [ho]
同时,holder的operator=也需要改动: ~kW?]/$h
+tPBm{|
template < typename T > <8WFaP3,
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const (3n "a'
{ snaAn?I4
return assignment < holder, T > ( * this , t); 56AC%_ g>
} oc1BOW z
|~Dl<#58
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。 ~& -h5=3
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 5RPG3ppS
B&cIx~+
return l(rhs) = r; r;Sk[Y5#
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。 u=:f%l
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: :T-DxP/
5dj" UxH
template < typename Tp > ]\*^G@HA2
class constant_t 3d}v?q78
{
7)2K6<q
const Tp t; F`g(vD>
public : 2cCiHEL #
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} kj6:P$tH
template < typename T > &%OY"Y~bI!
const Tp & operator ()( const T & r) const UA<Fxt
{ cC~RW71
return t; --$* q"
} %bnXZA2Sx
} ; svpQ.Q
H<d~AurX)J
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 7d;|?R-8D
下面就可以修改holder的operator=了 HzTmNm)
,AnD%#o
template < typename T > 6b|<$Je9
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const R`(2Fy%0\k
{ %]+R>+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); "3RFyi
} 6ll!7U(9(
VWft/2p~
同时也要修改assignment的operator() 5/"$_7"{a
f~VlCdf+
template < typename T2 > }n^Rcz6HeO
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } TIGtX]`
现在代码看起来就很一致了。 *(9Tl]w
GLsa]}m,9
六. 问题2:链式操作 vT?^#
现在让我们来看看如何处理链式操作。 NY7yk3
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。 ?i _ACKpw
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。 /l$enexSt
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 rUI?{CV
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ,@ '^3u
G*9(O:
template < typename T > !
I:N<
struct result_1 kX8C'D4 gX
{ ZJ3g,dc
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; -#ZvjEaey
} ; E@GYl85fI
"# *W#ohVA
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: &N^j
}^ Z
w<(ubR %$
template < typename T > uSfHlN4l
struct ref | N/d}
{ httywa^
typedef T & reference; v]k-xn|$j
} ; a0|hLqI
template < typename T >
V_h&9]RL
struct ref < T &> ea=E/HR-
{ Z|t=t"6"
typedef T & reference; s+:|b~
} ; n\+c3
}a;xs};X;
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: R1zt6oY
$7q3[skH
template < typename T > 4aHogheg
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const neFwxS?
{ +4 k=Y
return l(t) = r(t); syw1Z*WK
} b6-N2F1Fs
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 L;3%8F\-.
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 AYn65Ly
Fx^wV^q3
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 YPGM||
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: -PpcFLZ|
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 :;_
khno
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 :9hGL
最后的布局是: i.E2a)
Add %axr@o[
/ \ x_Ev2
c'4
Divide 5 Ja6 KO2}p
/ \ H~FI@Cf$L
_1 3 3X gJZ
似乎一切都解决了?不。 2F2Hl
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。 DZqPCMz)^
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。 k!Yc_ZB:*l
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: cC-8.2
AlQhKL}|s
template < typename Right > Kn^+kHh:
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const W1REF9i){
Right & rt) const ]Q"T8drL
{ {T8;-H0H
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); SW9
C
8Q
} Jj=qC{]
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 "W(D0oy
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。 g}W`LIasv
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。 E+\?ptw
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。 &'u|^d
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。 it}h8:^<
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? o898pg
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: 27!FB@k-
{4S UGo>
template < class Action > ~uhW~bT
class picker : public Action AMyg>n!
{ BdD]HXB|_
public : vm@V5oH
picker( const Action & act) : Action(act) {} PaKa bPY
// all the operator overloaded i%o%bib#
} ; 9Jwd *gevV
Z:{|
?4
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。 p4P=T@:
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: X,49(-~\
5|rBb[
template < typename Right > n.@HT"
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const h~#iGs
{ #&.Znk:@.f
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); toA}0MI(:
} 4
{M
5{HF'1XgZ*
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > JRB6T _U
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。 ]$g07 7o
@ZISv'F
template < typename T > struct picker_maker dqB,i9--
{ `"=Hk@E
typedef picker < constant_t < T > > result; BvP\c_
} ; <6(0ZO%,C!
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 0BXr[%{`
{ eay|>xa2
typedef picker < T > result; Un]wP`
} ; ! t!4CY
2/+~h(Cc
下面总的结构就有了: @@H/q
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 Y*BmBRN
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 Jh.~]\u
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 k@7#8(3
至此链式操作完美实现。 uqcG3Pi
&MH8~LSb
J?V$V
>d
七. 问题3 byI"
?
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。 %1
)c{7
L!:NL#M
template < typename T1, typename T2 > :|(YlNUv
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const )Ra:s>
{ _|\X8o_
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 0f5 ag&
} W/UA%We3+L
0m3hL~0(a
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: Zv}F?4T~:
brTNwRze
template < typename T1, typename T2 > !Q"L)%)'A
struct result_2 -Y524
{ }aOqoi7w
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; \~8W0q.4M
} ; 8(Az/@=n
U nDCC_ud
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? p
l^;'|=M
这个差事就留给了holder自己。 ,6]ID1o:y
YH58p&up
= 9Yfo,F
template < int Order > fuj9x;8X0
class holder; VKPEoy8H
template <> wa,`BAKJ+F
class holder < 1 > 3u
j|jwL
{ S
}`f&
public : f2c<-}wR
template < typename T > .QP`Qn6 (P
struct result_1 fBh"
{ X QLP|v;"
typedef T & result; U LS>v
} ; B!mHO*g
template < typename T1, typename T2 > 3PkZXeH/
struct result_2 uNI&U7_"
{ $Z;8@O3
typedef T1 & result; V(Pw|u"
e
} ; +7%?p"gEY\
template < typename T > 7l7VT?<:
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const &/[MWQ
{ T"P}` mT
return (T & )r; ~U w<e~
} Hx6ODj[-
template < typename T1, typename T2 > ]0'cdC
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const s 4rva G@a
{ jUE:QOfRib
return (T1 & )r1; >h8m8J
} m|fcWN[
} ; AO`@&e]o
XcNL\fl1
template <> "<|KR{/+
class holder < 2 > |-6`S1.
{ 8G)~#;x1
public : ;q'-<O
template < typename T > h<LS`$PK;E
struct result_1 \
C:Gx4K
{ I+Fy)=DO9
typedef T & result; T[OI/WuK
} ; -Y+pLvG*
template < typename T1, typename T2 > g<;pyvq|:
struct result_2 0fstEExw
{ lO\HchGzB
typedef T2 & result; ]a.e;c-
} ; ds`YVXKH
template < typename T > FrMXf,}
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const k-&<_ghT \
{ 0(d!w*RpG
return (T & )r; )-X8RRw'
} _886>^b@
template < typename T1, typename T2 > RCfeIHL
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const >A{e,&