一. 什么是Lambda j|%HIF25
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 \\7ZWp\fN
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, YmgLzGk`
"xHg qgFyO
OJzs Q
.!,z:l$Kh
class filler 3G~@H>j
{ 5HO9+i
public : h!ZV8yMc
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} rKf-+6Na
} ; yA(K=?sq
g(J&m<I
Q|L9gz[?
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: rJ{O(n]j
1/-43B
rT5Ycm@
9Z'8!$LYg
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); a@* S+3
";Rtiiu
mB9r3[
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 }S$@ Ez6
)>-ibf`#?
K7Wk6Aw
G\r?f&
二. 战前分析 iN0nw]_*
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。 "D=P8X&vs
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 '-b*EZU8t
$.v5~UGb{\
$K'|0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); UHxE)]J
/* --------------------------------------------- */ MR<;i2p
vector < int *> vp( 10 ); C[Dav&=^F
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); aj,T)oDbt6
/* --------------------------------------------- */ MFm"G
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); z`FCs,?K
/* --------------------------------------------- */ hQH nwr
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ?0oUS+lU
/* --------------------------------------------- */ mAW,?h
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); <xC#@OZ
/* --------------------------------------------- */ z;wELz1L{
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ]Ww?QhJ
uDSxTz{
Gkv{~?95
~Oq +IA~9
看了之后,我们可以思考一些问题: X>.
NFB
1._1, _2是什么? 15o?{=b[
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 d[^~'V
2._1 = 1是在做什么? 1,~SS
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 %ck]S!}6
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 70mpSD3
B0!"A
jDN ]3Y`
三. 动工 fpN-
o
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 1=a>f"cyf
+_xOLiu
1`9xIm*9w
!i%"7tQ3$
template < typename T > UaV iI/ks
class assignment e^Ky<*Y
{ z)=+ F]
T value; XNb ZNaAd
public : ,qrQ"r9
assignment( const T & v) : value(v) {} GSQ/NYK
template < typename T2 > u% n*gcY
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 3^~KB'RZ
} ; V{&rQ@{W
[mr9(m[F
m7GR[MR
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 u=/CRjot
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment U*P. :BvG
*(>}Y
&gE 75B
mA@Me7m}
class holder "a/ Q%.P
{ u@%r
public : ~ Yngkt
template < typename T > I1>N4R-j
assignment < T > operator = ( const T & t) const .eO?Z^
{ h"[+)q%L
return assignment < T > (t); la?Wnw
} TbF4/T1b
} ; |xvy')(b
0%
#<c p
`\6?WXk3T
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: ~w;]c_{.b
eBO@7F$
static holder _1; z>06hBv(?Y
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 d 'Axum@
u}|%@=xn
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); .ol'.t,S
而不用手动写一个函数对象。 T!}[yW
{?}*1,I
*8tI*Pus
FsGlJ
四. 问题分析 9A7@
5F
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。 "h7tnMS
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。 h<\_XJJ
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 H<G4O02i_
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 3TZ*RPmFRm
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ,mL
!(US
k%op>
&
五. 问题1:一致性 <JwX_\?ln
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?| !;!~n`
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 b2b75}_A
`g1iCF
struct holder Y05P'Q
{ o(Cey7
// 02k4N%
template < typename T > xlR2|4|8
T & operator ()( const T & r) const &X]\)`j0
{ 2. X" f
return (T & )r; l@hjP1o
} m G1IQ!
} ; @MK"X}3
;|cTHGxbE
这样的话assignment也必须相应改动: rBN)a"
>u(>aV|A
template < typename Left, typename Right > vkRi5!bR
class assignment :p4 "IeKs
{ x)_@9ldYv
Left l; m%8qZzqk
Right r; ;!T{%-tP
public : ?n\*,{9
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} @E53JKYhY
template < typename T2 > P~FUS%39"o
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Fv)7c4
} ; qJ_1*!!91
Sm2>'C
同时,holder的operator=也需要改动: .6pOvGKb
;*[9Q'lI*
template < typename T > m2Uc>S
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ?QDWuPhN
{ M'1!<a-Mp
return assignment < holder, T > ( * this , t); j,2l8?
} =N|kn<h4
^SfS~GQ
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。 +tN&a
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 t%r :4,
?oiKVL"7
return l(rhs) = r; @oG)LT
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。 ~H}en6Rc
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: qUF1XJZ}z
0X(]7b&~R
template < typename Tp > !z
zW2>
class constant_t qYp$fmj
{ Y#01o&f0n
const Tp t; 8 )\M:s~7&
public : bO/*2oau
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ,goBq3[%?
template < typename T > W:QwHZ2O
const Tp & operator ()( const T & r) const C+MSVc
{ XDD<oo
return t; /MOnNnV
} !1uzX
Kb
} ; Gr(|Ra.
3|Y!2b(:?
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ~tGCLf]c\
下面就可以修改holder的operator=了 e^$j5jV
H%z@h~s>
template < typename T > kYxS~Kd<
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ER{3,0U
{ DjW$?>
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); W%!@QY;E(
} y02u?wJ
y^FOsr
同时也要修改assignment的operator() '?Iif#Z1
<V_7|)'/A
template < typename T2 > B">yKB:D}t
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 3An(jt$%Q
现在代码看起来就很一致了。 1;W=!Fx
\T-~JQVj
六. 问题2:链式操作 oaDsk<(j;R
现在让我们来看看如何处理链式操作。 [D'Gr*5~{
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。 3LlU]
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。 *[kx F*^
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。 [B?z1z8l
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct f e
$Wu
O(OmGu4%
template < typename T > n!N\zx8
struct result_1 (3EUy"z-
{ /b.oEGqZX
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Y&'8VdW
} ; N)43};e
=V^@%YIn
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: i|\{\d
xKJ>gr"w#
template < typename T > @5}gsC
struct ref En9R>A;`
{ %3a|<6
typedef T & reference; Wtv#h~jy9
} ; [l[{6ZXt
template < typename T > _q Tpy)+
struct ref < T &> pX<a2FP
{ S>ugRasZ$
typedef T & reference; B[xR-6phW
} ; Xi~9&ed#$i
'.p? 6k!K
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: BQjam+u6
Qm);6X
template < typename T > C;sgK
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const YlUpASW
{ <FmBa4ONU
return l(t) = r(t); XS0V:<+,
} T#iU+)-\%
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。 GFR!n1Hv
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 u;n(+8sz
1| xN%27>
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 \mXqak,y
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: }h~'AM
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 /=
^L
iP
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 xtJAMo>g
最后的布局是: _IYY08&(r
Add A'DVJ9%xB
/ \ u3wL<$2[8
Divide 5 X7e/:._SAH
/ \ J#7(]!;F
_1 3 R[yL_>
似乎一切都解决了?不。 z
Z%/W)t
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。 Uh+jt,RB`
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。 zeTszT)
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: 5L&:_iQZy
IH3FK!>6
template < typename Right > &`PbO
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const >}F? <JB
Right & rt) const L<@&nx
{ $'$>UFR
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); #K`B<2+T
} Bz]J=g7
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 fSV5
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。 n|]N7 b'
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。 h[l{ 5Z*
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。 U,3d) ]Zy&
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。 ~_}4jnC
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? =8S}Iat
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: \UtS>4w\
l%bq2,-%
template < class Action > fNEz
class picker : public Action eG^z*`**
{ /'Bdq?!B&
public : ' PL_~
picker( const Action & act) : Action(act) {} /'+4vXc@
// all the operator overloaded 0=,'{Vz}A
} ; &enlAV'#)O
s=\7)n=,M
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。 *eoq=,O
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: mCrU//G
{Pvr??"r
template < typename Right > QX/]gX
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 3YRBI|XO
{ ;@'0T4Z&l
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); P6E1^$e
} /'NUZ9
sbjtL,
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > '5cZzC
2
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 feg`(R2
dp< auA
template < typename T > struct picker_maker mdt
?:F4Q
{ 2?H@$-x>
typedef picker < constant_t < T > > result; T Xl\hL\+
} ; j@V$Mbv
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > \#_@qHAG
{ n%U9iwJ.
typedef picker < T > result; UNY@w=]<
} ; k7b(QADqUU
*p"O*zj
下面总的结构就有了: _6J<YQK
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 :b,o B==%
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 [Z% l.
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 <mn-=#)
至此链式操作完美实现。 ujNt(7Cz
vF+YgQ1H
Qq>ElQ@
七. 问题3 aKD;1|)
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 ^s.oZj
q
Lo5Jb6nm
template < typename T1, typename T2 > SZI7M"gf/+
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Bx%=EN5.
{ eAU"fu6d
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); <M`-`v6H
} "j
+v,js
Q+/R
JM?3@
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: hF9B?@n?B
1S^'C2/b
template < typename T1, typename T2 > 7~lB}$L
struct result_2 NB3/A"}"02
{ `lvh\[3^
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; yvS^2+jW
} ; &(WE]ziuO
~"RQ!&U
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? qY# m*R
这个差事就留给了holder自己。 R$v i!0
_=)!xnYf
TLX^~W[gOm
template < int Order > 7:ckq(89
class holder; ]P
JH'=
template <> I_K[!4~Kn
class holder < 1 > fyGCfM
{ t0+t9w/fTP
public : @],Z 2
template < typename T > [gTQ-
struct result_1 }3Df]
{ *(>Jd|C
typedef T & result; '>"`)-
} ; IZ|c<#r6
template < typename T1, typename T2 > dV$3u"9
struct result_2 "C?:T'dW
{ 2}GKHC
typedef T1 & result; G)jG!`I
} ; 1k0^6gE|
template < typename T > ?UU5hek+m
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 6_pDe
{ +|)zwe
return (T & )r; Z<w,UvJa
}
>_n:_
template < typename T1, typename T2 > 4b]IazL)
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const `9]P/J^
{ 'et(:}i
return (T1 & )r1; g2!0vB>
} u_h=nk
} ; #^"hqNwA
(}VuiNY<