一. 什么是Lambda |o@U
L
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 h~O^~"jc
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, +`!>lo{X
j|{
n?
Qx&7Ceu"
mZ.gS1Dq
class filler =h.`
ey
{ qRq4PQ@
public : En4!-pWHQ
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} O\h%ZLjfO
} ; #"C!-kS'=
M|R\[
Zf
3,J{!
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: GGUwS
+jO#?J
bGK-?BE5+A
^ Z3y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); &PX!'%X68h
'r1X6?dJ
:_Iz(
2hV
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 u/xP$
iO$ ?No
[7 t
C8=r sh
二. 战前分析 ->Fsmb+R
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。 U&SSc@of
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 9t8ccr
A,c_ME+DVB
O`Htdnu
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ~*`wRiUhis
/* --------------------------------------------- */ O{Q+<fBC9
vector < int *> vp( 10 ); VBW][f
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); -b34Wz(
/* --------------------------------------------- */ IR32O,)
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); R_2#7Xs
/* --------------------------------------------- */ {c7@`AV]
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); M XuHA?
/* --------------------------------------------- */ uE>m3Y(aP
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); TCi0]Y~a
/* --------------------------------------------- */ }%<cFi &
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); -s^cy+jd
4 b}'W}
NOf{Xx<#k
N:EljzvP}
看了之后,我们可以思考一些问题: =6N=5JePB
1._1, _2是什么? ReGT*+UN
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。 3@* ~>H
2._1 = 1是在做什么? Iz&d
S?p_
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。 ?"kU+tCxg
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。 S_s;foT
L!fIAd`
@P h'!
三. 动工 [C!m,4
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: X?] Mzcu
"#pN
C;ME"4,(
:Ye~I;"8
template < typename T > &E@mCQ1
class assignment #v4^,$k>
{ fT<3~Z>m
T value; {;o54zuKf
public : [hqat'Vj,
assignment( const T & v) : value(v) {} YB4|J44Y
template < typename T2 > )&-n-m@E
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 3%u: c]-wF
} ; VeH%E.:
.5tXwxad"
'=d y
=
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 P<9T.l
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment )=5*iWe
}ee3'LUPX
j`_Z`eG
9h<iw\$'
class holder iztgk/(+G
{ !Wy&+H*0
public : mn(MgJKQ\
template < typename T > ANR611-a
assignment < T > operator = ( const T & t) const [P]M)vJ**
{ Q[lkhx|.B
return assignment < T > (t); &m{~4]qWpM
} I,V'J|=j
} ; bHzZ4i
[3qJUJM
>f;oY9 {m
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: lxBcO/
}}wSns
static holder _1; [mF=<G"
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 {@Z*.G^
$$R->
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); N8!e(YK_
而不用手动写一个函数对象。 r)<n)eXeD
syb$%
{q&A/
p4K
8L'nZ
四. 问题分析 }@53*h i(
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 GF0Utp:Zf;
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 rNgAzH
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ul"Z%
1]
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 vmW`}FKW
下面我们可以对这几个问题进行分析。 4Cvo^k/I
(e<p^TJ]
五. 问题1:一致性 `2'*E\
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?|
K81&BVx/
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 + Cq&~<B
1+-F3ROP
struct holder l%`~aVGJ
{ sZokiFJ
// _$v$v$74^
template < typename T > ^AO2%09.S
T & operator ()( const T & r) const DyQvk
{ @!(V0 -
return (T & )r; L.a~vk
1
} OW8TiM
mK
} ; ; d}
;bq
EfV0`2
这样的话assignment也必须相应改动: ^{g+HFTA@
|G)bnmi7
template < typename Left, typename Right > |mz0
]
class assignment ,UD5>Ai
{ ?_/T$b]
Left l; u#Uc6? E
Right r; UZE%!OWpeK
public : p+{*w7?8"[
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} y{nX 6
template < typename T2 > HGW;] 8xl
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } {dV!sQD
} ; {1GIiP-U
"~IGE3{
同时,holder的operator=也需要改动: ";59,\6
utw@5
template < typename T > ]8opI\
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const q,j` _
R4
{ lpefOnO[
return assignment < holder, T > ( * this , t); vpk~,D07yR
} 1{wOjq(4
_?>f9K$1
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 l3kBt-m
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 l`{JxVg
oF0*X$_X
return l(rhs) = r; m RtE~~p
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。 8SMa5a{
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: |CjdmQ u
+@#-S
template < typename Tp > j<i:rk|
class constant_t VHU,G+ms
{ Rs 0Gqx
const Tp t; .eDI ZX
public : ' :,p6
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} N,`<:'
template < typename T > , pr ",=
const Tp & operator ()( const T & r) const k12mxR/
{ $h'>Zvf
return t; 65pC#$F<x
} uvGFo)9q3
} ; "gi 1{
@nF#\
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 I44bm?[S
下面就可以修改holder的operator=了 Ea3 4x
qd?k#Gw&
template < typename T > %5?0+~
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const [2ZZPY9?Q
{ HLDg_ On8
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ekuRGG
} `
_]tN
g ??@~\Ov
同时也要修改assignment的operator() `)eqTeW
C$EvcF%1
template < typename T2 > 1He'\/#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } RIxGwMi%
现在代码看起来就很一致了。 *AN2&>Y
jo=,j/,l
六. 问题2:链式操作 KRP)y{~o
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Hk;) l3oB
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 gUxJ>~
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 [a1}r=6~
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 p\7(IhW@
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 'q=Ly?9
;-T%sRI:|
template < typename T > D|!^8jHj
struct result_1 zLLe3?8:
{ E@\bFy_!>b
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; uCpk1d
} ; B(dq$+4
m/W)IG>
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: FA;uu\
| (a<b
template < typename T > pUaGrdGxzQ
struct ref N{6Lvq[8
{ ySwvjP7f
typedef T & reference; H?axlRmw3
} ; 4]]1JL(Ka
template < typename T > `;!v<@:i2
struct ref < T &> 9l:Bum)9
{ <CUe"WbE)
typedef T & reference; #x|h@(y|
} ; ~ugK&0i[2
efF>kcIC
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Y r^C+Oyg
NbnuQPb'
template < typename T > 9rsty{J8
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Af>Ho"i
{ `$D2w|
return l(t) = r(t); ?$xZ$zW
} u9"1%
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 r z%=qY
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ]`x\Oj&
Awad!_VdHS
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么
T!N,1"r
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: nAJ<@a
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 t`X-jr)g
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 lvz&7Z b
最后的布局是: +kKfx!
Add <t0o{}^P*
/ \ OQON~&~
Divide 5 85 tQHm6j
/ \
D=nuK25
_1 3 'WG%O7s.
似乎一切都解决了?不。 [/ E_v gZ
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 wDV%.Cc
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 Yg6 f
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: qwU,D6
TY3WP$u
template < typename Right > D'Gmua]I
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const L.z`>1
Right & rt) const NK+iLXC
{ j6KGri
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ,IW$XD
} cO"7wgg
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 QX'/PO
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。 tc@([XqH
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。 AtN=G"c>_
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。 wV;qc3
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。 "[(I*
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!o[/`4ib
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: 5h^U ]Y#
MNKB4C8>
template < class Action > KS/1ux4x
class picker : public Action -$4#eG%3
{ PXk+Vi,%k
public : "1H?1"w~
picker( const Action & act) : Action(act) {} nkp!kqJ09
// all the operator overloaded (:>:tcE
} ; X#mp pMU
]kuMzTH
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 ozbu|9+v
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: F.b;O :
sSC yjS'T
template < typename Right > c"3 a,&
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const fRe$}KX
{ [*O#6Xu
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Kd _tjWS
} {<a(1#{
!' No5
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > &LO<!WKQ
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。 (ROurq"
|:s4#3
template < typename T > struct picker_maker A`4j=OF\
{ :mU,g|~55
typedef picker < constant_t < T > > result; 42?X)n>
} ; Pgs^#(^>
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > O>zM(I+p
{ wY2#xD
typedef picker < T > result; >`a)gky%~
} ; YB h:
fo$iV;x`
下面总的结构就有了: ,o}!pQ
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 fMn7E8.
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 zF'{{7o
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 -bK# &o,
至此链式操作完美实现。 h:3`e`J<h
HPAd@5d(
) w.cCDL c
七. 问题3 C
G~)`
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 /I3#WUc;![
MC!K7ji
template < typename T1, typename T2 > 5rqjqfFa
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const cjf}yn
{ :Xv3< rS<
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); mfO:#]K
} }*m:zD@8$
9N|O*h1;u
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: Dcq\1V.e`W
BW}^ n
template < typename T1, typename T2 > M=$y_9#
struct result_2 +d6/*}ht
{ &3mseU
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Pq~"`-h7:
} ; BYN<|=
UK2Y<\vD
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? x"~F=jT
这个差事就留给了holder自己。 8@|_];9#.
#F.;N<a
qx<`Kc4
template < int Order > lztPexyXZ
class holder; KL!k'4JNY
template <> P8e1J0A
class holder < 1 > [1'`KJ]
{ Zr_{Z@IpU
public : MI|DOp
template < typename T > \BaN?u)a
struct result_1 '|<