一. 什么是Lambda {S0-y
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 r8"2C#
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, S1|5+PPs
$f@YQN=
w!lk&7Q7Z
zJXK:/
class filler 2poo@]M/
{ ):N#X<b':
public : f y2vAwl
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Q{~g<G
} ; (wj:Gc
W" =l@}I
$yU
5WEX
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: QC'Ru'8S
i]n2\v AG
cGm3LS6]*
I`{3I-E
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); xLed];2G
GR|\OJ<2
P!-RZEt$
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 b5MBzFw
iM!Ya!
b}TvQ+W]2
h6k" D4o\
二. 战前分析 Z9:
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。 -k + jMH
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 ;gBR~W
`E|i8M3g
4eWv).
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); gWgp:;Me
/* --------------------------------------------- */ Kyx9_2
vector < int *> vp( 10 ); fXWy9 #M
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); %NQ
mV_1
/* --------------------------------------------- */ 4prJ!k
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); (uX?XX^
/* --------------------------------------------- */ {.Qv1oOa
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Bq$IBAot
/* --------------------------------------------- */ f?d5Ltg
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); =]%,&Se
/* --------------------------------------------- */ ZtZ3I?%U3
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); lEl.'X$
|ufL s
A~xw:[zy$a
=rymd3/
看了之后,我们可以思考一些问题: gaN/
kp
1._1, _2是什么? uD/@d'd_4L
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 z5gVP8*z5
2._1 = 1是在做什么? ]Ea-MeH
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 JDf>Qg{
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ![Qi+xyc
xHt7/8wF
Q
z(n41@`
三. 动工 N.mRay,
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 0{vT`e'
'v^Vg
Xz @#,F:@
e?XFtIj$
template < typename T > "BsK'yo.
class assignment ^g4Gw6q6
{ #b/L~Bw[
T value; dQT[pNp:
public : xO_>%F^?
assignment( const T & v) : value(v) {} HW]?%9a
template < typename T2 > rf H1Zl
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } (zFqb,P
} ; umns*U%T;
id" `o
i&m_G5u88
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 2.WI".&y=
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment %16Lo<DPm
WOZuFS13
,c"J[$i$
Vw H|ed$
class holder {C&Uq#V
{ 1UK= t
public : f I=G>[
template < typename T > Iuz_u2"C
assignment < T > operator = ( const T & t) const ^"O>EY':
{ -$"$r ~ad
return assignment < T > (t); =Rx4ZqTI|
} O:#YLmbCN
} ; YzjRD:
c #TY3Z|
PS"rXaY
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: |kK5:\H
mt+i0PIfj
static holder _1; e_e\Ie/pDc
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 y?a71b8m
yZ{yzv'D&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); s.p>
?U
而不用手动写一个函数对象。 $ (;:4
|'-aR@xJ
cW>=/
ef^GJTv&k
四. 问题分析 pMT7 /y-
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。 QL8C!&=
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。 7Tk//By7
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 k JmwR
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 lIS`_H}
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Xr=BxBttp
N `:MF 9
五. 问题1:一致性 ;U>nj],uv
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?| IQU1 JVkZ
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 CPZ,sWg5
[L X/O@
struct holder
>=97~a+.
{ ;&<N1
// *-PjcF}Y
template < typename T >
e4N d
T & operator ()( const T & r) const ?|kbIZP(
{ @*|VWHR
return (T & )r; g;=VuQuP|
} Hmr f\(x
} ; t3<8n;'y:
@=l6zd@
这样的话assignment也必须相应改动: ~(v5p"]dj
HSysME1X:/
template < typename Left, typename Right > tkZUjQIX
class assignment s8&q8r7%
{ <L8|Wz
Left l; EtzSaB*|
Right r; Xgd-^
public : !*Is0``
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} MoN0w.V
template < typename T2 > lGr=I-=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } pC:YT/J
} ; B>c$AS\5y
/V 09Na,N
同时,holder的operator=也需要改动: &u[{V R:
;Tnid7:S
template < typename T > `$Rgn3
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const F$\Da)Y
{ Y
f!O o
return assignment < holder, T > ( * this , t); ,93Uji[l
} LUD.
qr4 lr!#t
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。 _|["}M"?
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Xi%Og\vm5
i*/i"W<
return l(rhs) = r; 2c]"*Pb
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。 Ez~5ax7x
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: "7y,d%H
d^A]]Xg
template < typename Tp > T='uqKW\
class constant_t 4*qBu}(
{ ]O@iT= *3
const Tp t; I3.. Yk%7
public : BeLD`4K
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Rm=p}
template < typename T > hUi@T}aA|
const Tp & operator ()( const T & r) const DAb/B
{ r|UJJ9i
return t; tgKr*8t{
} pM@8T25=
} ; 'Z~ZSu
U4=l`{5on
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 f2x!cL|Kx?
下面就可以修改holder的operator=了 Ht;Rz*}
5h/,*p6Nje
template < typename T > OU UV8K
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const )9"^ D
{ ^'E^*R
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 6}-No
} I;NW!"pU
Ur#jJR@%3
同时也要修改assignment的operator() c+3`hVV
QO}~"lMj
template < typename T2 > SM8N*WdiU
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } I`{*QU
现在代码看起来就很一致了。 K bLSK
$h
pUI
六. 问题2:链式操作 nSyLt6zn\
现在让我们来看看如何处理链式操作。 +]cf/_8+s
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 }
doAeTZ
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 0\XWdTj{
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 eZOR{|z
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct .4^+q9M
%urvX$r4K
template < typename T > \85%d0@3
struct result_1 }y6@YfV${
{ nDdY~f.B
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 5(ZOm|3ix
} ; kVQm|frUz
Ztmh z_u7
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: G^t)^iI"'
Uap0O2n
template < typename T > _jG|kjFTc
struct ref ~\JB)ca.
{ pF8$83S
typedef T & reference; t$n Jmfzm
} ; k)-+ZmMOh
template < typename T > 0RA#Y(IR
struct ref < T &> B{&W|z{$
{ `[5xncZ-
typedef T & reference; {.$7g8]I
} ; mv99SOe[Fz
-:%QoRCy
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: C/Q20
(.P}>$M9
template < typename T > ]:Ep1DIMl
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const U\lbh;9G
{ E2r5Pg
return l(t) = r(t); aInt[D(
} .)[E`a
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。 1rZ E2
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 KsOSPQDGE
Zzjx;SF
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 2*V%S/cck
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: dPu27 "
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ?\,;KNQr
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 5%\K
最后的布局是: K>+ v" x
Add &D M3/^70
/ \ +:@^nPfHy
Divide 5 I%r7L
/ \ $/"Ymm#"\Y
_1 3 @`KbzN_h/
似乎一切都解决了?不。 S|tA%2z
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 k*;U?C!
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 5%2~/
"
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: 'S6zk wC]
EM@|^47$
template < typename Right > n R, QG8
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const THq}>QI
Right & rt) const ks.p)F>]
{ 3iw3:1RZUZ
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); d~QKZ&jf
} acS~%^"<_
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 NxnRQS
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。 tZ[9qms^_
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。 d[l8qaD
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。 B bmw[Qf\
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。 (9]1p;
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? $O\m~r4
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: ThX3@o
#9TL5-1y
template < class Action > Se!w(Y&
class picker : public Action J'WzEgCnU
{ Jf2JGTcm
public : D,.`mX
picker( const Action & act) : Action(act) {} #WG}"[ ,c
// all the operator overloaded R-zS7Jyox
} ; ,Dv*<La`\
\uHC 9}0
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。 |Jx:#OM
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: l tNI+G
W]Xwt'ABz
template < typename Right > %R4 \[e
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const DtBvfYO8)>
{ @Pc7$ qD %
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); OiAuL:D
} $MDmY4\
GCYXDovh
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > |e#W;q$v
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。 eMdP4<u
-sv%A7i
template < typename T > struct picker_maker r
jn:E
{ Caj H;K\
typedef picker < constant_t < T > > result; vUbgSI
} ; -`5]%.E&8
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > [gUD +
{ |s/Kb]t
typedef picker < T > result; r(wf>w3
} ; C"n!mr{srt
O\Y*s
下面总的结构就有了: 3.dSS
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。 a :*N0
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。 yH:p*|% :
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 &I
~'2mpk
至此链式操作完美实现。 {=?[:5
3 8&K"
XS2/U<sd
七. 问题3 x$jLB&+ICz
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 pWE(?d_M{G
rCqwJoC`v
template < typename T1, typename T2 > a\m=E#G
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const z4D)Xy"/
{ 'J*'{
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); q<.k:v&
} U^[AW$WzU
i;~.kgtq4
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: :-59~8&
7p'pz8n`X
template < typename T1, typename T2 > 5+{oQs_
struct result_2 /NB|N*}O)
{ KU"+i8"
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; J0k!&d8
} ; Tr>_R%b K
T] H'l
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? 8)iI=,T*
这个差事就留给了holder自己。 zytW3sTZA
MA9E??p3\
+(Hp ".gU
template < int Order > B7qi|Fw
class holder; 1Bs t|
template <> j/oc+ M^
class holder < 1 > %Qj$@.*:
{ 8[@Y`j8
public : ,]JIp~=nsh
template < typename T > J0bcW25
struct result_1 L}Sb0 o.
{ )/!HI0TU
typedef T & result; eI`%J3BxR
} ; (5`(H.(
template < typename T1, typename T2 > A]QGaWK
struct result_2 D
dwFKc&
{ *>aVU'
typedef T1 & result; 30w(uF
} ; -h|[8UG^b
template < typename T > |4BD
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const '%e@7Cs
{ )Dv;,t
return (T & )r; N49{J~
} KJ&I4CU]^
template < typename T1, typename T2 > j-aTpN
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const $bpu
{ o4a@{nt^,
return (T1 & )r1; !+Cc^{
} TG?>;It&
} ; R'F \9eyA
-{A64gfFxT
template <> Xeja\5zB
class holder < 2 > zGd[sjL
{ !RLXB$@`
public : |jH Yf42Q
template < typename T > LhF;A~L
struct result_1 '%|Um3);0p
{ ulg= ,+%r
typedef T & result; 3^H-,b0^
} ;
qOD^P
template < typename T1, typename T2 > w=nS*Qy2
struct result_2 ]GHw~s?
{ H_8PK$c;
typedef T2 & result; s 64@<oU<"
} ; &