一. 什么是Lambda xef7mx
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 :
s3Vl
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, cK/odOi
5qko`r@#
L zy|<:K+$
X;g|-<
class filler ,~w)@.
{ <C xet~x
public : 0:S)2"I58p
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ,5WDYk-
} ; 4 ETVyK|
+?'acn
zvg&o)/[
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: yh!vl&8M
mY9K)]8
IA!Kpg
W
)2hoO_l:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); mK4A/bsE
B&D
z(Bs
wtyu"=
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 XCoOs<O:@
"yk%/:G+
g#*N@83C
*4E,|IJ
二. 战前分析 2e=Hjf
)
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。 s q$|Pad[
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 :gC2zv
.(ir2g
,)G,[ih
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); f|)t[,c
/* --------------------------------------------- */ SqQB>;/p
vector < int *> vp( 10 ); zKr(Gt8
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ualtIHXK)
/* --------------------------------------------- */ 29oEkaX2o
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); wr(?L7
$+
/* --------------------------------------------- */ hpu(MX\
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 5[k35c{
/* --------------------------------------------- */ WDq3K/7\
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); C/=ZNl9"fn
/* --------------------------------------------- */ 98"N UT
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); I5,Fh>
QNY{pk
G 2##M8:U0
dmne+ufB
看了之后,我们可以思考一些问题: DQd&:J@?
1._1, _2是什么?
'(}BfD P
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 c-F&4V
2._1 = 1是在做什么? V'B 6C#jT
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 n>'}tT)U
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 t$J-6dW
9viC3bj. o
AyUVsIuPT=
三. 动工 *zcH3a,9"x
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 42M3c&@P
apXq$wWq{D
Jx]`!dP3
i \~4W$4I
template < typename T > s$;v )w$
class assignment ofJ@\xS
{ sx;1V{|g
T value; wC19
public : #X+)
assignment( const T & v) : value(v) {} W$W7U|Z9y+
template < typename T2 > SFHa(JOS
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } YG_3@`-<
} ; ZHT.+X:_
H:`r!5&Qb5
BmZd,}{
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ji "*=i
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment OP@PB|
_<8n]0lX3
\*7Tj-#
`k+k&t
class holder *k/_p^
{ B*{CcQ<5
public : CzgLgh;:T
template < typename T > +#O?sI#
assignment < T > operator = ( const T & t) const g)zy^aDf
{ rei<{woX
return assignment < T > (t); X- zg
} _.j KcDf
} ; j%lW+[%
B=f{`rM)~W
yuND0,e
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 3E#acnqn*
(g 8K?Q
static holder _1; 9%x[z%06
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 {_ocW@@
{2,V3*NF
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); [p(Y|~
而不用手动写一个函数对象。 :)+cI?\#
%P?W^mI
DpA)Z??
t{$t3>p-t
四. 问题分析 hHdC/mR
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。 TOQvZ?_
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。 SQ@@79A
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 +!X^E9ra
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 sGV%O=9?2
下面我们可以对这几个问题进行分析。 e|`&K"fnq
46*?hA7@r(
五. 问题1:一致性 [;c#LJ/y
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?| >8ePx,+!
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ZI1[jM{4^F
K]RkKMT,
struct holder A w83@U
{ K%S k{'
// `74A'(u_
template < typename T > %hY+%^k.
T & operator ()( const T & r) const !x>P]j7A}Y
{ 1<lLE1fk
return (T & )r; <jV_J+#
} REw!@Y."
} ; .Emw;+>
)
~X\W\
这样的话assignment也必须相应改动: _,5(HETE2
sURHj&:t|
template < typename Left, typename Right > ^}9Aq $R
class assignment *K!V$8k=99
{ )PZ'{S
Left l; uRJLSt9m
Right r; #qHo+M$"
public : PZQ}G*p3
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} /z6NJ2jb
template < typename T2 > 2Ui)'0
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } WnA]gyc
} ; 'H:lR1(,
}*;Hhbox
同时,holder的operator=也需要改动: C)Mh
IeE+h-3p
template < typename T > &%rXRP
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const v@[MX- ,8
{ (m})V0/`
return assignment < holder, T > ( * this , t); s\_
,aI
} Wk`G+VR+
tPc '#.
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。 _<&IpT{w+
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 dX` _Y
8&B{bS
return l(rhs) = r; -_v[oqf$
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。 zAS&L%^ tV
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: )9==6p
>PfYHO
template < typename Tp > (yn!~El3
class constant_t {^5r5GB=*
{ $D1Pk
const Tp t; Cj,fP[p#7
public : dyD=R
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} E: L =>}
template < typename T > j'I$F1>Te
const Tp & operator ()( const T & r) const 3T%WfS+
{ w*OZ1|
return t; R@u6mMX{N,
} ;VNwx(1l`
} ; x/R|i%u-s
A{Jv`K
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 0'% R@|
下面就可以修改holder的operator=了 lmgMR|v
7?dB&m6W
template < typename T > KzG8K 6wZ
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const =AUR]&_B
{ 5JBenTt
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); fYl$$.
} y/'2WO[
y!h$Z6.
同时也要修改assignment的operator() TY],H=
8yF15['
template < typename T2 > ZjF$zVk
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } IF(W[J
现在代码看起来就很一致了。 pdngM8n
kzMCI)>"
六. 问题2:链式操作 T4F}MVK
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Ky[/7S5E
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。 t:9}~%~
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。 LsS/Sk
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。 9N:Bu'j&/
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct !-m(1
c 5+oP j
template < typename T > {+0]diD
struct result_1 ?kI-o0@O.
{ s*>s;S?{|
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; kOmTji7
} ; ><mZOTn e;
k"uqso/
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: )O#]Wvr
!k)}p_e
template < typename T > 5? &k? v@
struct ref :Ag]^ot
{ :z_D?UQ
typedef T & reference; L= O,OS+
} ; Qx1ZxJz #
template < typename T > /V+N
struct ref < T &> -v'7;L0K
{ 9OuK}Ssf
typedef T & reference; 7hZCh,O
} ; ID
&Iz
,B(UkPGT
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: O8(;=exA
bHH{bv~Z
template < typename T > UO47XAO
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const hZ Gr/5f
{ wj!p6D;;S
return l(t) = r(t); iA3d[%tBb
} ^hv
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。 [cwc}f^
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 s-Q-1lKV,
kSv?p1\@&P
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 Q.7Rv
XNw8
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: "IA[;+_"
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 S5*wUd*p#
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 TOdH
最后的布局是: XAR~d6iZ
Add )HNbWGu
/ \ r483"k(7
Divide 5 H=?v$!
i
/ \ JryDbGc8
_1 3 $)\%i =
似乎一切都解决了?不。 HK)$ls
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。 QDYS}{A:V
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。 -%*>z'|{
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: \u?z:mV
&&4av*\I
template < typename Right > 0kS[`a(}J
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const GzWmXm
Right & rt) const ?`V%[~4_I
{ Q%KH^<
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); "5C)gxI^
} $%ZEP>]
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 `Jhu&MWg
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。 5<w"iqZ\?N
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。 `=Pn{JaD
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。 } R!-*Wk
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。 ^Crl~~Gk`
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? p)vyZY[
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: y;<^[
ugcWFB5|
template < class Action > A]`63@- .
class picker : public Action Y,I0o{,g
{ v/=O:SM}
public : dDbPM9]5
picker( const Action & act) : Action(act) {}
YqX/7b+
// all the operator overloaded V^B'T]s
} ; P0uUVU=B|
\gaGTc2&
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。 yz8ZY,9
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: +RQlMAB
KArt4+31
template < typename Right > u'M\m7
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const '
Z:FGSwT
{ .9{Sr[P
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); tNg}:a|J
} :\9E%/aAD
z40uY]Ck
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Ic/D!J{Y
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。 4CVtXi_Y
s9svuFb
template < typename T > struct picker_maker $50A!h
{ >Pj ?IE6
typedef picker < constant_t < T > > result; n,}\;Bp
} ; ku3Vr\s
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Q
laz3X,P
{ ;4p_lw@
typedef picker < T > result; H4p N+
} ; ce-5XqzY@
:5IbOpVM
下面总的结构就有了: {eA0I\c(C
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。 3tY\0y9
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。 tQE=c7/M
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 |LA@guN
至此链式操作完美实现。 C1_':-4
Tl"GOpH\]
hbdq'2!Qr
七. 问题3 |pxM8g1w
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。 },G6IuH%
?4v&TB@
template < typename T1, typename T2 > a[d6@!
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const k)j,~JH
{ F_0vh;Jo
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); }tue`">h
} H:byCFN-
7(c7-
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: ZdG?fWWA
pv);LjF
template < typename T1, typename T2 > OXc!^2^
struct result_2 5Y77g[AX2-
{ [~e{58}J|
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ;LEO+,6
} ; ?/"Fwjau
A'Q=DoE
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? S%J $.ge
这个差事就留给了holder自己。 b.HfxYt(
z Ic%>?w
<j
CD^
template < int Order > =(\
/+
0-[
class holder; $OEhdz&Fi
template <> $M%<i~VXe&
class holder < 1 > _Q&O#f
{ XIQfgrGZ
public : vX|i5P0)8
template < typename T > nO-1^HUl
struct result_1 l0AVyA4RFV
{ 8K(3{\J[V
typedef T & result; @~WSWlQW
} ; U Px7u%Do
template < typename T1, typename T2 > I!\;NVhv
struct result_2
:)7{$OR&
{ ['1JNUX
typedef T1 & result; |S0]qt?
} ; )X-~+X91S
template < typename T > n`'v8 `a]
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const "p,TYjT?R
{ J*4byu|
return (T & )r; c j-_
} uh,~CvXU]
template < typename T1, typename T2 > !{On_>`,
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const `2}H$D
{ :.xdG>\n3
return (T1 & )r1; *hugQh]a
} 8&d s
} ; 2RW^Nqc9
<$m=@@qg
template <> 8M9LY9C
class holder < 2 > VE_% /Fs,
{ a+wc"RQ
|
public : f9`F~6$
template < typename T > e[5=?p@|
struct result_1 Z?XgY\(a(Q
{ BgPwIK
x
typedef T & result; 4i<V^go"
} ; 8|9JJ<G7
template < typename T1, typename T2 > [):&R1