一. 什么是Lambda pw1&WP&?3
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 g
[+_T{
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, Q?W}]RW
1FmVx
z=VL|Du1OT
h:'wtn@l(
class filler o^~KAB7
{ Le}-F{~`^
public : ;]SP~kG
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} #[Vk#BIiv8
} ; pJ]i)$M
l%$co07cX
(Y]G6>
Oa
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: PQ[x A*
GG[$-
MM4Eq>F/
CEp @-R
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); > v ]-B"Y
JZB@K6 ~dO
Tta+qjr
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 qluaop
SiSxym
-pm^k-%v
FBJ Lkg0
二. 战前分析 {V~Gr
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 5R7DD 5c[
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 Zw"K69A)
yTL<S '
NKb,>TO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Qz/1^xy
/* --------------------------------------------- */ eLAhfG
vector < int *> vp( 10 ); ~eHu+pv
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 8?&u5
/* --------------------------------------------- */ .m\' |%
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); w@ =U f7
/* --------------------------------------------- */ B>W!RyH8o
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ;p 'Ej'E
/* --------------------------------------------- */ G8_|w6
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); U49
`!~b7
/* --------------------------------------------- */ vS'5Lm
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); I<ta2<h
9N]V F'
p8Wik<'^
:IlJQ{=W
看了之后,我们可以思考一些问题: 'VTLp.~G~
1._1, _2是什么? ^J Y]w^u
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 73OYHp_j
2._1 = 1是在做什么? 42mZ.,<
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 uKocEWB=/F
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 H '(Ky
Bys _8x}
1Qz1 Ehz>
三. 动工 CERT`W%o
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: s>^$: wzu
!q_fcd^c
3A.T_mGCs
{y
k0Zef_
template < typename T > jh&WL
class assignment L
H`z '7&/
{ KnuQ5\y
T value; Fz4g:8qdA
public : KcQe1mT!+
assignment( const T & v) : value(v) {} :F`yAB3
template < typename T2 > -<tfbaA
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } R87e"m/C%
} ; b)Px
60 z =bd]
<c&6M
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 To"J>:l
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ir ^XZVR
wNgS0{}&`
ayQB@2%
;K9rE3
class holder 1Xi.OGl
{ zn@yt%PCV
public : NXw$PM|+R
template < typename T > g$j ZpU
assignment < T > operator = ( const T & t) const 9(;I+.;8k
{ D~s
TQfWr
return assignment < T > (t); c _v;"Q Z
} RIO4`,
} ; T[YGQT|B
wJQ"|
7#BUd/
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: ()>,L?y
qJZ5w}
static holder _1; 7pY7iR_
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 D8''q%
V
2WcPI^
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); M@/Hd0$
而不用手动写一个函数对象。 ^
|^Q(
LiF(#OuZ
]wQ#8}zO
BL^8gtdn
四. 问题分析 Uj[E_4h
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。 |Vs?yW
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。 igD,|YSK`z
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 nrpxZA
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 \tWFz(
下面我们可以对这几个问题进行分析。 lp;=f
D!oELZ3
五. 问题1:一致性 -}Iw!p#O3
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?| Uxyj\p
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 *=X$j~#X
*uq}jlD`!
struct holder 3bi,9 >%
{ Rn-RMD{dh
// wA#w]8SM
template < typename T > 1[;~>t@C
T & operator ()( const T & r) const -3fzDxD
{ '!%Zf;Fjr
return (T & )r; uzx?U3.\
} hZobFf
} ; &7 YTz3aj
C&QT-|
这样的话assignment也必须相应改动: [0(+E2/:2
o=1M<dL
template < typename Left, typename Right > 6?3f+=e"~!
class assignment =V@5W[bV
{ l?N|Gj;ZFZ
Left l; 7jZ=+2
Right r; zNs8yMnFr
public : s]"NqwIPK
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} f;nO$h[Qb
template < typename T2 > kT+Idu
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } X. =%
} ; 6jKZ.S+s)
GuV.7&!x
同时,holder的operator=也需要改动: {iI"Lt
X7*i-v@
template < typename T > VqeK~,}
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const : ;nvqb d
{ J(
return assignment < holder, T > ( * this , t); $#k 8xb
} ]d}U68$T+
%` cP|k
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。 #xMl<
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 />Z`?
v^=Po6S[{+
return l(rhs) = r; BP6|^Q
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。 [LQD]#
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Ltx eT.
vt`V<3
template < typename Tp > cF[L6{Oe
class constant_t Y'YvVI
{ DRn]>IFU
const Tp t; IwfJDJJ
public : @nuMl5C-`
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} PE IUKlX
template < typename T > 5p. vo"7
const Tp & operator ()( const T & r) const KZ"&c~[
{ <QUjhWxDb
return t; g8JO/s5xV
} 3q!hY
} ; xIN&>D'|N
J\kGD
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 RZtY3:FBx|
下面就可以修改holder的operator=了 B~[QmK
]Cfjs33H
template < typename T > OM]d}}=Y
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const f(^? PGO
{ 4pin\ZS:C
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 29xm66
} X#bK.WN$
m+t<<5I[-
同时也要修改assignment的operator() F ka^0
m0I)_R#X[
template < typename T2 > |L@&plyB-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 00?_10x)
现在代码看起来就很一致了。 'S_OOzpC
oTtJ]`T
六. 问题2:链式操作 H+ P&}
3
现在让我们来看看如何处理链式操作。 x:7"/H|
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。 Y+,ii$Ce~
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 }=dUASL
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 &%@b;)]J
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct B# >7;xy>
qHZ!~Kq,"'
template < typename T > \F$V m'f_
struct result_1 r9nyEzk
{ r~K5jL%z9
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ZU=omRh5
} ; H{}Nr
4
9;\a|8O
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: @>r3=s.Q
(R.l{(A
template < typename T > o =oXL2}
struct ref kBh*@gf
{ 1BA/$8G
typedef T & reference; -x~4@~
} ; WE-cq1)
template < typename T > s?fO)7ly
struct ref < T &> u<VR;p:y
{ k10g %K4g
typedef T & reference; ~rUcko8
} ; f: j9ze
G^G= .9O
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: >@g+%K]
HX;JO[0
template < typename T > \E(Negt7
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ` XvuyH
{ }f
l4^F
return l(t) = r(t); I"=a:q
} c#ahFpsnlw
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 6njwrqo
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 %nRz~3X|+v
F}f/cG<X
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 c'wxCqnE
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Y<]A5cm
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 w$aiVOjgT
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 1}7Q2Ad w
最后的布局是: '%W`:K'
Add bAUruTn
/ \ O`;e^PhN
Divide 5 [Yq*DkW
/ \ Y"n$d0%
_1 3 1edeV48{:
似乎一切都解决了?不。 IO@Ti(,
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 &y}
]^wB
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 ^$!H|
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: P^)J^{r
Z\\'0yuY(
template < typename Right > +Fk]hCL
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const {o."T/?d'
Right & rt) const _^k9!Vjo
{ @@1Sxv_
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); @VzD>?)
} ~S85+OJ;M
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 pzQWr*5a
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。 kKFhbHUZa
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。 (}4]U=/nV
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。 h1(GzL%i_
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。 +o4W8f=Ga
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? apkmb<
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: URo#0fV4C
Xi:y3 5q
template < class Action > ,rU>)X
class picker : public Action ;X
zfd
{ U2DE zr
public : ,S%DHT
picker( const Action & act) : Action(act) {} (6Y.|u]bq
// all the operator overloaded M>yt\qbkA
} ; o6v'`p'
<5xlP:Cx
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。 >!gW]{
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: GGWdMGI/
ju8DmC5
template < typename Right > gK6_vS4K)
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const (QFu``ae+
{ <y!(X"n`
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); j,J/iJs
} 6+iZJgwAy
n a3st*3V_
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > &$x1^
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 kWKAtv5@w
P'Gf7sQt7
template < typename T > struct picker_maker ~\QN.a
{ YM`I&!n
typedef picker < constant_t < T > > result; HC$rC"f
} ; =9;2(<A
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Q$B\)9`v[
{ LPRvzlY=
typedef picker < T > result; #
VAL\Z
} ; DQ{"6-
tm#[.
下面总的结构就有了: 5_yu4{@;y
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。 "~nUwW|=1
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。 b&_u+g
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 7W7yjG3g
至此链式操作完美实现。 d+iV19 #i
KrzIL[;2o
()`cW>[
七. 问题3 >713H!uj
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。 enB2-)<K
tsys</E&
template < typename T1, typename T2 > L_(Y[!
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ` &{
{ -S6^D/(;
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); dZ;rn!dg>
} xC^| S0B
RkTO5XO
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: ^3
6oqe{
.cCB,re
template < typename T1, typename T2 > mO0a: i!
struct result_2 CWx_9b zk
{ ;]I~AGH:
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Q?WgGE4>
} ; sNbCOTow
@S#Ls="G
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? !`qw"i
这个差事就留给了holder自己。 'j oE-{
{Ip)%uR
ki<4G
template < int Order > yh{Wuz=T
class holder; ov%.+5 P
template <> je`w$ ^w
class holder < 1 > 5lYzgt-oP
{ ,Jqk0cW2
public : o)SA^5
template < typename T > 6SVh6o@]
struct result_1 AiOz1Er
{ 68YJ@(iS
typedef T & result; y>iot e~
} ; ^,,lo<d_L
template < typename T1, typename T2 > O od?ifA
struct result_2 l~j{i/>
{ GkYD:o=qx
typedef T1 & result; `bMwt?[*
} ; S/H!a:_5r
template < typename T > 3lo.YLP^
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const .p?kAf`
{ )uxXG`,h
return (T & )r; 8Ssk>M*
} @$]
CC1Y
template < typename T1, typename T2 > r}~|,O3bc'
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const d_w^u|(K
{ `@#,5S$ E
return (T1 & )r1; q+ )csgN
} g)UYpi?p-}
} ; 3X]\p}]z
d`ESe'j:
template <> 6j5?&)xJ
class holder < 2 > g4=6\vg
{ =[x
@BzH
public : ;&?l1Vu
template < typename T > ^iz2=}Q8
struct result_1 w/Ej>OS
{ h&Q9
typedef T & result; !Q" 3B6
86
} ; +t`QHvxv
template < typename T1, typename T2 > W
y%'<f
struct result_2 1 6G/'Hb
{ 9<Kc9Z
typedef T2 & result; p&<X&D
} ; v.pj
PBU1
template < typename T > }Pf7YuUZZ
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const #M5[TN!
{ Tt*n.HA
return (T & )r;
(U#9
} =sa bJsgL
template < typename T1, typename T2 > dt=5 Pnf[y
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const jm$v0=W9#
{ +pMjm&CF
return (T2 & )r2; :.%Hu9=GL
} &