一. 什么是Lambda Zh@4_Z9n!
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 rE
bx%u7Q
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, *783xEF>f
O&rD4#
q>D4ma^
&F<J#cfe8
class filler " kE:T.,
{ BCa90
public : 1{\,5U&
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} A|`Joxr
} ; ~_f
|".T
WcZo+r
*tbpFk4/
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: x 1%J1?Fp
yPzULO4
I9Edw]
FJn~
=hA
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); `ohF?5J,
do?S,'(g
(:j+[3Ht
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 UL@5*uiX
U:pLnNp`
Vx\#+)4
C,VqT6E<
二. 战前分析 O_s9
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。 b Q9"GO<X
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 Us@ {w`T
6/V{>MTZg
bz}AO))Hk
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); xRTg
[
/* --------------------------------------------- */ l b1sV
vector < int *> vp( 10 ); [6RV'7`Abj
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); +*:x#$phx
/* --------------------------------------------- */ !Wdt:MUI8
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); @tjZvRtZ
/* --------------------------------------------- */ SCI-jf3WN
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); &ls!IN
/* --------------------------------------------- */ =?I1V#.
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 3' :[i2[
/* --------------------------------------------- */ !w;A=
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); v#<+n{B
q=E}#[EgY
[V #&sAe
u{E^<fW]
看了之后,我们可以思考一些问题: *"wD&E?
1._1, _2是什么? f-f\}G&G
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 #(7RX}
2._1 = 1是在做什么? ]Xkc0E1
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 (Aov}I+
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ;t@ 3Go
Vp{RX8?.
{7M4SC@p|
三. 动工 )*$
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ~A:;?A'.
b$`4Nn|
<+i`W7
g:HbmXOBpj
template < typename T > \A ~I>x
class assignment |"tV["a
{ 6!}m$Dvt~
T value; ETH#IM8J
public : sJYKt
assignment( const T & v) : value(v) {} 0or6_y6
template < typename T2 > WX[dM
}L
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 1WA""yb
} ; )>#<S0>'j
RAx]Sp
Q-S
r^o}Y
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 6Nd_YX
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment E<m"en&v
ywsz"/=@
BUy}Rn
.*wjkirF#~
class holder jtVPv]
{ Z]> e & N
public : Zs K'</7
template < typename T > /RULPd
PH
assignment < T > operator = ( const T & t) const =B{$U~}
{ &MGgO\|6
return assignment < T > (t); 7_'k`J@_
} }-]s#^'w
} ; va*>q-QCr
V{aIhH>P
+P6
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: f.xSr!
W,oV$ s^
static holder _1; c.me1fGn
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 RkXLE"G'
b8-^wJH!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); w!Lb;4x ?
而不用手动写一个函数对象。 Fb4S/_
V
H(ftOd.y
oO9iB:w
YwTtI ID%
四. 问题分析 <h>fip3o
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。 C g,w6<7
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。 Q^5 t]HKn
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 AE@Rn(1.
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ;og<eK
下面我们可以对这几个问题进行分析。 K>p:?w
5suSR;8
五. 问题1:一致性 eMMiSO!3
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?| pDS4_u
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 gGz_t,=
M]:B: ;
struct holder sy#j+gZ
{ i*rv_G|(Zj
// +( 7vmC.
template < typename T > w5G34[v
T & operator ()( const T & r) const vP;tgW9Qk
{ j3'/jk]\
return (T & )r; T//+&Sk[
} j
W]c9u
} ; 9Yne=R/]
/u1zRw
这样的话assignment也必须相应改动: GnHf9
JrR
W$ {sD|d-
template < typename Left, typename Right > wx7>0[ zE
class assignment KD<`-b)7<
{ JZ0+VB-3U
Left l; ^rb7`s#G
Right r; R_&V.\e_
public :
d~s-;T
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} \evgDZf
template < typename T2 > ;Cpm3at
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } \nt'I;f
} ; WED7]2>
Ho{?m^
同时,holder的operator=也需要改动: lt2&uYgp
-BH'.9uqGQ
template < typename T > ?O]gFn
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const NY
w(hAPv
{ 78A4n C
return assignment < holder, T > ( * this , t); e/l?|+m 6
} u"3cSuqy
m#(x D~V
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。 PU\q.y0R
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 \3UdC{~
O$ oN1
return l(rhs) = r; 6/C
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。 0a;zT
O/"v
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: l )eaIOyk
C!A_PQ2y
template < typename Tp > pfIvBU?
class constant_t X*;p;N
{ 6H9]]Unju
const Tp t; U4/$4.'NQ
public : x@x@0k`A2
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ?Io2lFvI@Y
template < typename T > e6/} M3B
const Tp & operator ()( const T & r) const t38T0Ao
{ "@Fxfd+Ot
return t; BF#e=p
} Np)!23 "
} ; 79fg%cSb
iSax-Mc
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Z/;SR""wa
下面就可以修改holder的operator=了 r-uIFhV^
b s*Z{R
template < typename T > =ye}IpC*M
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const
YDL)F<Y
{ EORAx
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); y%AJ>@/;
} &ICO{#v5
;RYKqUE
同时也要修改assignment的operator() G)`MoVH1
Plv+ mb
template < typename T2 > 4j{ }{
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Q^OzFfR6
现在代码看起来就很一致了。 q fe#k F9
%(6Wr E5F6
六. 问题2:链式操作 ]vrs?
现在让我们来看看如何处理链式操作。 c`Cn9bX
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 `z.#O\@o
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 ]QQ"7_+
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ^m9cEl^:nQ
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 4 n(
f/
W525:h52{
template < typename T > pQi -
struct result_1 D%btlw?{
{ wOP}SMn
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; !{LwX Kf
} ; PGDlSB^O
k[m-"I%ZFX
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: #Ba'k6b
3i1>EjML
template < typename T > AnQRSB (
struct ref %qhaVM$]
{ 1+Oo Qs
typedef T & reference; ;8UHPDnst
} ; jw)t"S/E
template < typename T > >?tpGEZ\
struct ref < T &> inPGWG K]
{ UF
tTt`N2
typedef T & reference; XR(kR{yo
} ; ~yV0SpL
[LK
9^/V
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 3yDvr*8-@
#<:khs6
template < typename T > ;pJ7k23(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const xb\lbS{ f
{ ,==lgM2V>
return l(t) = r(t); <ZLs+|1
} qmGB~N|N
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。 9b>a<Z
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 (msJ:SG
.W\Fa2}%av
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 Om*Dy}
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ?p]w_l
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 +9t@eHJT1
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 fsu'W]f
最后的布局是: ]v#Q\Q8>
Add mb/Y
/ \ tfO
_b5g
Divide 5 9ZwhCsO
/ \ Im2g2]
_1 3 i*3'O:Gq
似乎一切都解决了?不。 a[!':-R`s
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。 YGB|6p(
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。 %O-wMl
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: G7u7x?E:B`
0X;Dr-3<
template < typename Right > xM(
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const !Qy3fs
Right & rt) const |
=&r)
~
{ :gmVX}
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); y9 "!ys
} zPn8>J<.0Q
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 1-`8v[S
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。 |dvcDx0|K
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。 D*b>
l_
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。 xJ4T7 )*
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。 Ty>`r n
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? Wjp<(aY[
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: Z"A:^jZ<s
r~X6qC
template < class Action > 7J\I%r
class picker : public Action H|P.q{(G
{ |e!Sm{#!
public : r(RJ&