一. 什么是Lambda Y}Ov`ZM!r
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 mMMu'N
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, 464Z0C
n_!&Wr^CX
UKzmRa,s
&@RU}DnvM&
class filler iZ58;`
{ ZpZ~[BtQ
public : oU2RxK->u
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} K)k!`du!6
} ; YziQU_
cx$Oh`-Car
DQ~@=%?ni
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: .v;Npm2
.-r
1.'.A
"ZH1W9A
=gj]R
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); c{E-4PYbah
t512]eqhb(
|[qI2-e l?
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 aw,8'N)
l+#`
$Fo ,$
41:Z8YL(
二. 战前分析 8-m"] o3
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。 Fb_~{q
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 isaT0__8
P}PSS#nn
I5e!vCG)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); YRwS{e*u
/* --------------------------------------------- */ :c6%;2
vector < int *> vp( 10 ); fN&O `T>
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); wM|-u/9+
/* --------------------------------------------- */ UVUHLu|^
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); -wO`o<
/* --------------------------------------------- */ # ><.zZ
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Ao,lEjN I
/* --------------------------------------------- */ {!,+C0
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); L'c4i[~s
/* --------------------------------------------- */ &
z?y
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); { u;ntDr
3(CUC
X4o8
<uAqb Wu
看了之后,我们可以思考一些问题: T"2ye9a
1._1, _2是什么? 0!^{V:DtQ
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。 20J:_+=]
2._1 = 1是在做什么? `aC#s3[
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。 4iKT
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。 co;2s-X
kt@+UK."
h rZ\ O?j
三. 动工 :]]amziP&
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: $k!t&G
vzVl2
6h5*b8LxA
YX~H!6l
template < typename T > *d%m.:)N
class assignment ]2(
%^#qBG
{ v"s}7trWV
T value; KsHMAp3
public : s*S@}l
assignment( const T & v) : value(v) {} \Q#F&q0
template < typename T2 > 1e&`m~5K+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } h[ tOY
} ; KLoHjBq
BtjsN22
*:_.cbo
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 8*|@A6ig
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 2Ay2
G-
3GaM>w}>W
`;`34t_)
Hiq9Jn uv(
class holder `]fY9ZDKs
{ :@pmgp
public : s(zG.7*3n
template < typename T > OnD+/I
assignment < T > operator = ( const T & t) const ;ymUMQ%;/
{ r*kk/$,2
return assignment < T > (t); n9)/(=)>*
} )EO$JwQ
} ; 4YdmG.CU
JNZKzyJ9K
R^K<u#>K
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: aZmSCi:&'
ny#7iz/
static holder _1; ;Yi ;2ttW
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 C=.
bd%/dr
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); h883pe=
而不用手动写一个函数对象。 Qx
{/izc
e#08,wgW
yy%J{;
NjMo"1d
四. 问题分析 thkL<
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。 9g>ay-W[(
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。 0C0iAp
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 PI }A')Nq.
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 $o-s?";
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ~(FyGB}
]0\8g=KK
五. 问题1:一致性 {At1]>
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| ]2v31'
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 W~gFY#w
}<XeZ?;
struct holder }n8,Ga%
{ qG~O]($
// c1Dhx,]ad
template < typename T > d]+g3oy
`
T & operator ()( const T & r) const 3{
`fT5]U
{ B:Msn)C~
return (T & )r; sfx:j~bsL
} _<xU"8b"5
} ; rU(N@i%
lQ@2s[
这样的话assignment也必须相应改动: YsDn?p D@
{-H6Z#b[
template < typename Left, typename Right > GXa-g-d
class assignment "bRck88V
{ 8sE@?,
Left l; 1!,lI?j,
Right r; HSyohP8 7
public : }>SHTHVye
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} WtdWD_\%Y\
template < typename T2 > #Mi>f4T;
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } \Q]2Zq
} ; 1 aIJ0#nE
TVYO`9:CW
同时,holder的operator=也需要改动: 27gK
Y
Zf;
+|\dVe.
template < typename T > *p +%&z_<
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const skr^m%W
{ 670g|&v.
return assignment < holder, T > ( * this , t); _G[5S-0 [
} ck-wMd
O'o`
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。 (5VP*67
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ;clF\K>
]yA|
m3^2
return l(rhs) = r; :MpIx&
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。 !*N#}6Jd
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: q1Ah!9B
N#Y4nllJ
template < typename Tp > P|c79
class constant_t _ 4pBJOJQ6
{ u|B\@"0
const Tp t; \O`B@!da~
public : |Q.t]TR'P
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} w#]%I+
template < typename T > 6]7iiQz"H
const Tp & operator ()( const T & r) const .#Z}}W#
{ ^D"}OQoh
return t; s+^YGB
} mJ[LmQ<:
} ; 7G!SlC
X}W
$d4eGL2S
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ^[lg1uMW
下面就可以修改holder的operator=了 vY6eg IO
;?bRRW
template < typename T > pn>zuHe
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const $0NWX
{ CQQX7Y\
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); -7hU1j~I
} I3p ~pt2
6D@tCmmq
同时也要修改assignment的operator() ,NPU0IDG>
" #_NA`$i
template < typename T2 > K4snpuhC
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } GAEz
:n
现在代码看起来就很一致了。 vNHMe{,u
_~fO8_vr
六. 问题2:链式操作 v`bX#\It
现在让我们来看看如何处理链式操作。 'l)@MXbGL
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。 ?}bSQ)b
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。 F[ m^(x
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。 i8+kc_8#d
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct u3w `(3{<
:/K 'P`JaL
template < typename T > *!Vic#D%
struct result_1 ,H[-.}OO
{ 78Nli/U
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; VNx}ADXu ]
} ; e*:[#LJ]C
a:7"F{D91
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: mRxL%!
>{$;O
template < typename T > coiTVDwA
struct ref {.DI[@.g
{ 3@\vU~=P:
typedef T & reference; [AfV+$
} ; Y+F$]!hw
template < typename T > GL9R
5
struct ref < T &> (+q?xwl!N
{ P2!@^%o
typedef T & reference; wwmMpK}f
} ; g=:%j5?.e
Fu(e4E
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: JIjqGxR
=
r_&R#~GT
template < typename T > :~{XL >:S
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const &W)ks
{ J<V}g v
return l(t) = r(t); 76
#
} yAi#Y3!::
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。 p$0;~1vH
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 W9ZT=#>)[
qL,QsRwN
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 #}^ZxEU
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: T<mk98CdE
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 K&Ht37T
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 9L*gxI>
最后的布局是: &:nWZ!D
Add mAX]m 1s
/ \ -P!vCf^{
t
Divide 5 j}X4#{jgC
/ \ \Llrs-0 M
_1 3 gPd:>$
似乎一切都解决了?不。 jgVra*
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。 XCDHd
?Ld
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。 plv"/K JM
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: tQF7{F-}
k$7-F3
template < typename Right > W#8qhmt
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const r9yUye}
Right & rt) const q;}^Jpb;
{ 8L|rj4z<#
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 7'xT)~*$4
} 3Yp_k
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 O HR9u
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 V89!C?.[]1
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 Q{0-pHr}
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 ZL+{?1&-
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 F
C2oP,
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? J<H$B +;qR
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: m Wsegq4
9 %,_G.
template < class Action > `Z{;
c
class picker : public Action EN+WEMro
{ L` V6\Ix(I
public : o`DBzC
picker( const Action & act) : Action(act) {} i/,G=yA
// all the operator overloaded VX[{X8PkS
} ; ? Ls]k
~bWqoJ;Q
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。 ;KbnaUAS8
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: w(k7nGU]
CDO_A \
template < typename Right > %Jq(,u
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const q}M^i7IE
{ C'
o4Su#
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 3Nsb@0
} /ZvNgaH5M
Iu[^"
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 6aX m9J
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。 / d0LD
ahhVl=9/ao
template < typename T > struct picker_maker Rl=NVo
{ Rqa#;wb!(
typedef picker < constant_t < T > > result; 6K[s),rdv
} ; |*Z'WUv
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > |/]bpG 'z
{ qV@xEgW#r
typedef picker < T > result; 3S_KycE{
} ; Yu9Ccj`
g5M-Vu
下面总的结构就有了: hkRv0q.'
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。 Ipb4{A&"\
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。 /:z}WAW
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 7 G~MqnO|
至此链式操作完美实现。 !:c7I@
' f}^/`J
yV$p(+KkS
七. 问题3 <;Qle
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 n?YGXW/
]Q6,,/nn
template < typename T1, typename T2 > c42p>}P[
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const JLT':e~PX
{ "3Ag+>tuRW
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); bO9F rEz5
} %UV_
3
f]J?-ks
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: c)rI[P7Q
kFw3'OZ,
template < typename T1, typename T2 > {1#5\t>9yD
struct result_2 Nr|.]=K)5n
{ <Zl0$~B:5
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ]\+bx=
} ; Gvtd )9^<
RVXRF_I
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? C3G?dZKv2
这个差事就留给了holder自己。 nC_<pq^tr
vF]?i
!r.X. C
template < int Order > cd)<t8^KE
class holder; (xG#D;M0
template <> FOquQr1cF
class holder < 1 > |b'tf:l
{ e&<#8;2X
public : IW$&V``v
template < typename T > n"@3d.21
struct result_1 4w*F!E2H\}
{ /+JCi6{sHS
typedef T & result; nDMNaMYb
} ; / (W{`
template < typename T1, typename T2 > !CPv{c`|qg
struct result_2 v?K
XTc%Z
{ Nr:%oD_G*
typedef T1 & result; i._d^lR\t
} ; K{x<zv&,
template < typename T > =y0!-y
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const lBD{)Va
{ yE{l
Xp;
return (T & )r; CW*6 -q
} T~ /Bf
template < typename T1, typename T2 > j<8_SD =,
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const uvc0"g1h
{ )#xd]~<
return (T1 & )r1; dm8veKW'l
} :*0k:h6g
} ; `vL R;D
#y-OkGS
^
template <> bsP:tFw>
class holder < 2 > 0=t_a]+
{ H+zQz8zMC
public : O JvEq@
template < typename T > uLe+1`Y5Ux
struct result_1 dbB2/RI
{ hy
W4=
typedef T & result; 4JU#3
} ; A>R ^iu
template < typename T1, typename T2 > 43,-
t_jV
struct result_2 K*7*`6iU
{ 5\:#-IYJ
typedef T2 & result; rouD"cy
} ; nFw&vR/q
template < typename T > 03$Ay_2
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const G
U0zlG] C
{ 3|P P+<o
return (T & )r; rH8?GR0<
} )K8JDP
template < typename T1, typename T2 > ir \ d8.
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const djZOx;/
{ I".d>]16|
return (T2 & )r2; 0t/ S_Q
} 7:jSP$
} ; P@k
;Lg"
o"7,CQye
|+suGqo
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 by>,h4
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: G5TdAW
首先 assignment::operator(int, int)被调用: Nf<([8v;t
q^(A6W
return l(i, j) = r(i, j); *M"lUw#(f
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) r>$jMo.S"
`9zP{p
return ( int & )i; TD!QqLW
return ( int & )j; r}"Ty
最后执行i = j; xV}|G
可见,参数被正确的选择了。 WVJN6YNd V
@zsr.d6Q
#/\FB'zC
x*Z"~'DI
4&$hBn=!
八. 中期总结 BIw9@.99B-
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: ^~=o?VtBg
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 `.L8<