一. 什么是Lambda wJ%;\06
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 TF1,7Qd
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, n LD1j
z*FCd6X
x,% %^(
=}D9sT
class filler R ~ZcTY[8
{ ("r\3Mvs
public : .V
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 3HEm-pok
} ; )p^" J|
tg%#W`
?bH&F
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: <c77GimD?
QB.QG!@
K!,T.qA&=
rLpfybu
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); NxW
Dw
ki6Lt
YEPQ/Pc
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 zo|
'
h4#y'E!,Z
F(?O7z"d
-Lhq.Q*a
二. 战前分析 B{ A b#
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。 :*} -,{uX
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 'EHtA9M
YWFq&II|Z
uo8[,'
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); omMOA
/* --------------------------------------------- */ Cvp!(<<gK
vector < int *> vp( 10 ); ZccvZl ;b
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 9?XQB%44
/* --------------------------------------------- */ 4=~+Bz
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); n
"bii7h
/* --------------------------------------------- */ #PkZi(k
hv
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); &"r /&7:
/* --------------------------------------------- */ W=:AOBK
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); C<Z{G%Qm
/* --------------------------------------------- */ U EjP`
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ;aN_!!
r
5MCnGg@
ve]hE}o/}
2{Y~jYt{h
看了之后,我们可以思考一些问题: ;=p3L<~c`K
1._1, _2是什么? D"V(A \sZ
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。 7tbY>U8
2._1 = 1是在做什么? vc0LV'lmg
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。 uc>":V
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。 jNvDE}'
w*M&@+3I
%E\zR/
三. 动工 X- ZZLl#
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: d%za6=M
bFIM07
9{wRqY
Fq$r>tmV
template < typename T > GEK7q<
class assignment z"97AXu
{ n_4 r'w
T value; 7 x'2
public : uOO\!Hqq
assignment( const T & v) : value(v) {} DL*vF>v
template < typename T2 > #CV]S4/^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } r~z'QG6v/
} ; U`aB&[=$
k2@]nW"S
'u:-~nSX)
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 |A/H*J,
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment N;']&f
njc-=o
`*l aUn
H$+@O-
class holder <D[0mi0
{ ]OtnekkK$
public : ]"&](e6*
template < typename T > Mg~4) DW]
assignment < T > operator = ( const T & t) const yQ)&u+r
{ A;<wv>T
return assignment < T > (t); gYCr,-_i
} ?<`oKBn
} ; :h(`eC
" Lh&s<[
35Yf,@VO
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: nwp(% fBo
gBky ZK
static holder _1; .g3=L
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 "[eH|z/
[#9i@40
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); * bd3^mP
而不用手动写一个函数对象。 EV?U
!O
T](}jQxj`
RG*Vdom
$AT@r"
四. 问题分析 o]Xt2E
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 41x"Q?.bY
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 /O5&)%N
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 eP,bFc
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 QtwQVOK
下面我们可以对这几个问题进行分析。 pI:,Lt1B
.faf!3d
五. 问题1:一致性 Y
hQ)M5
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 8qqN0"{,
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 }jUsv8`}8R
f~F{@),acZ
struct holder _1NK9dp:
{ 'zM=[#!B
// LFI#wGhXVk
template < typename T > l>MDCqV
T & operator ()( const T & r) const HhL;64OYa
{ ei<0,w[V1{
return (T & )r; 0$]iRE;O]
} R{fJ"Q5'
} ; jQ,Vs=*H
Kxch.$hc,
这样的话assignment也必须相应改动: V"Z8-u
n m<?oI*\
template < typename Left, typename Right > f"KrPx!^b
class assignment NJ)Dw`|%|)
{ jM&di
Left l; <)p.GAZ
Right r; Lo~;pvv
public : 1_<x%>zG
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 59O-"Sc[
template < typename T2 > o//h|f U@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } %uN<^`JZ
} ; ]q.%_
4;I\%qes
同时,holder的operator=也需要改动: +rJ6DZ
."H;bfcL_
template < typename T > bx(@ fl:m
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 8[KKi ~A
{ 58Ce>*~
return assignment < holder, T > ( * this , t); @uH!n~QV
} y-db CYMc
{$,\Qg
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。 t|$jgM
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 $8)XN-%(
~g\~x
return l(rhs) = r; rNR7}o~ qo
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。 Rh ^(91d
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: H.m]Dm,z
!JDr58
template < typename Tp > ;U|(rM;
class constant_t $uZmIu9Bi+
{ `R$i|,9)
const Tp t; Vw1>d+<~-)
public : }! EVf
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} '< U&8?S
template < typename T > -B H/)$-$
const Tp & operator ()( const T & r) const O|V0WiY<
{ R(d<PlZ
return t; Y>8Qj+d
} N#K)Z5J)b
} ; cry1gnWG
b2OwLt9
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 b)<WC$"
下面就可以修改holder的operator=了 SHX`/
>`\.i,X.D
template < typename T > 7a1o#O
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ,7LfvZj4[
{ B;r_[^
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 2ZY$/
} &em~+83
W;Y^(f
同时也要修改assignment的operator() M
bWby'
=I`S7oF
template < typename T2 > =mO5~~"W+v
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } J,
-.5
现在代码看起来就很一致了。 c,xdkiy3
} Bf@69
六. 问题2:链式操作 az F!V
现在让我们来看看如何处理链式操作。 #4JMb#q0E
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。 r8s>s6vm
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。 fAgeF$9@
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 rO7_K>g?
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct u%~'+=
)2Ei<
template < typename T > hOwb
struct result_1 `(FjOd
K
{ gsbr8zwG,
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; C2}y#A I
} ; v>]g="5}8
@G"nkB
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: QN#"c
bzFac5n)Q
template < typename T > _y~6b{T
struct ref L5bq\
{ '#7k9\
typedef T & reference; A0<g8pv
} ; J"C9z{[Z&
template < typename T > AioW*`[WjA
struct ref < T &> ij$NTY=u
{ ubM1Q r
typedef T & reference; ZaYiby@Ci
} ; g8Ex$,\,
.;4N:*hY
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 9^XZ|`
x4I!f)8Q
template < typename T > tnJ7m8JmC
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const O2Qmz=%
{ MJ JC6:
return l(t) = r(t); [P
&B
} <[k3x8H'
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 #c:s2EL
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ^3dc#5]Xf
I{89chi
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 [c3!xHt5O
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: #kv9$
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 8g0 #WV
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 mD9Iao%4~
最后的布局是: |Q/LC0?
Add .b,\.0N
/ \ JKZVd`fF
Divide 5 G`!,>n 3
/ \ a51(ySC}<s
_1 3 ;\7`G!q
似乎一切都解决了?不。 I6^y` 2X
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。 |HycBTN#E
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。 OkciL]
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: %unn{92)
lwQ!sH[M
template < typename Right > zDdo RK@
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const t{]
6GlW
Right & rt) const d~aTjf
{ ArtY;.cg%
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 0eA<nK
} hoFgs9
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 !V.]mI
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。 ~ EBaVl ({
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。 2H`r:x<Z-
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。 (2;Aqx5i
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。 mfj{_fR3
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? SD^::bH
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: c,r6+oX
nOPB*{r|
template < class Action > =78y*`L
class picker : public Action .4a|^ vT
{ jA,y.(mR
public : m~+.vk
picker( const Action & act) : Action(act) {} r ~{nlLO}
// all the operator overloaded "q?(rx;
} ; (]q
([e
<#:iltO
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。 oO
tjG3B({
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: &E]) sJ0
;-1KPDIp`
template < typename Right > dzIBdth
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const < dE7+w
{
ck;:84
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 1O Ft}>1
} lz`\Q6rZ
&- p(3$jn7
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ~~{lIO)&