一. 什么是Lambda @O45s\4-*
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 /kw4":{]
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, Z}NAH`V`:+
&]LwK5SR
:ZL>JVk
i[\[xfk
class filler b,Z&P|
{ k2t?e:)3zr
public : d:pp,N~2o
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} JA(nDD/;
} ; )D[ypuM&
L//sJe
B8_l+dXO
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: dlT\VWMha(
Ki=7nKs
h[Iu_#HMa
'nT#3/rL
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); .oK7E(Q J
|iwTzlt*#
p9s~WD/K
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 J:(Shd'4D
jSG
jv>
z=K5~nU
M:I,j
二. 战前分析 LqUvEq
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。 ~qqtFjlG^
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 I2W2B3D` c
0l:5hD,)F
J<BdIKCma
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); <>e<Xd:77{
/* --------------------------------------------- */ &(rd{j/*
vector < int *> vp( 10 ); e`~q;?:
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Tb)x8-0
/* --------------------------------------------- */ e{}o:r
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); =#^dG''*"
/* --------------------------------------------- */ F4&N;Zm2
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); rL
s6MY
/* --------------------------------------------- */ A;|DQR()
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); E, v1F!
/* --------------------------------------------- */ Za f)
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); V")Q4h{
%nC Uct@c
q#a21~S<
'" tieew
看了之后,我们可以思考一些问题: M[{Cy[ta
1._1, _2是什么? qN QsU
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。 Kje+Niz7
2._1 = 1是在做什么? =B:poh[u
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。 Jzdc'3dq
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。 "_K 6=
"pPNlV]UA^
;MMFF {
三. 动工 CIDL{i8
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: j<KC$[Kt
<^\r9Qxl
Imwx~eo
<S}qcjG
template < typename T > O9_YVE/-]
class assignment B1M/5cr.
{ 3k<#;(
T value; mqHt%RX
public : C|I
1 m
assignment( const T & v) : value(v) {} _+N^yw ,r*
template < typename T2 > oB\Xl)A<
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 2T5xSpC
} ; $"8k|^Z3
8Vn6* Xn
U.aa iX7
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 jvV8`BQ{
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment LasH[:QQQ
c6HU'%v
!{Y#<tG]
3+-(;>>\
class holder /pU6trIM
{ XNUqZ-M:
public : 9^^#I~-
template < typename T > !Ia"pNDf
assignment < T > operator = ( const T & t) const JY2
F-0t)
{ E(tBN]W.
return assignment < T > (t); tD]&et
} Uot-@|l
} ; >, E$bm2
j/<y
IDh`0/i]
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: #Qr4Ke$g[l
a<wZv-\Vau
static holder _1; H/k W
:k
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 b8.%? _?
L"iyjL<M
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); -;\+uV
而不用手动写一个函数对象。 ;g:bn5G
p'uz2/g
!Blk=L+p
38rZ`O*D
四. 问题分析 ~n^G<iXLp
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 yXA f
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 CS\tCw\Y
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 qb4;l\SfT
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Tr0V6TS7
下面我们可以对这几个问题进行分析。 66<\i ltUQ
3Jm'q,TC
五. 问题1:一致性 ?=!XhU
.
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| em[F|
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 1[BvHOI2
Sz|CreFK16
struct holder `b ")Bx|
{ +MZO%4
// J7ekIQgR
template < typename T > 1?RCJ]e5
T & operator ()( const T & r) const 0? us]lx
{ _P<lG[V
return (T & )r; h
^h-pd
} rz}l<t~H
} ; Z'NbHwW}
;Uqx&5P}
这样的话assignment也必须相应改动: lF8dRIav
P%`R7yk
template < typename Left, typename Right > p/1}>F|i
class assignment R96o8#7Uv
{ 0r-lb[n8i
Left l; %DRy&k/T
Right r; Ui|a}`c
public : *:T>~ilF
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} y8hg8J|
template < typename T2 > ^q&wITGI
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } abaQJ|
} ; >?9 WeXG
W,/C?qFp
同时,holder的operator=也需要改动: PyT}}UKj:
kE_@5t7O{
template < typename T > ]X:
rby$
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 12d}#G<q-
{ cCh5Jl@Z
return assignment < holder, T > ( * this , t); {#*? S>DA
} vYSetAdv
J7?)$,ij%
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。 oA;jy
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 @b!R2Yq
#HM\a
return l(rhs) = r; k~jKJb-_
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。 B!r48<p
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: cUZ!;*
*mQDS.'AB@
template < typename Tp > 4ljvoJ}xjr
class constant_t *)NR$9lGv
{ q3x;_y^
const Tp t; :%uyy5AZ
public : V^ fGRA
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ~t${=o430
template < typename T > ?BDlB0jxzi
const Tp & operator ()( const T & r) const xV,4U/T
{ g^z5fFLg/8
return t; !k:zLjtp
} W.J:.|kt
} ; :^H9W^2
$&= 4.7Yt
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 V/(`Ek-
下面就可以修改holder的operator=了 0r0\b*r
Zr.\`mG4f
template < typename T >
wsf Hd<Z_
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const (RDa,&
{ zj9bSDVL(
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); BP[CR1Gs
} -[zdX}x.:
^I(oy.6?=p
同时也要修改assignment的operator() >J^7}J
n&0mz1rw
template < typename T2 >
ko=aa5c
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ;L
G
%s
现在代码看起来就很一致了。 a%Z4_ToLZ
Sl. KLc@@
六. 问题2:链式操作 j}rgOz.
现在让我们来看看如何处理链式操作。 KFTf~!|
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 er["NSo
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 'w` SBYQ5
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 VM-qVd-
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct +,&m7L
t4f
(Y,v
template < typename T > KjFZ
struct result_1 MekT?KPQ{L
{ --in+
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 0kU3my]
} ; U6c)"^\
!Qv5"_
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: xb4Pt`x)rS
z>cIiprX
template < typename T > %^a]J"Ydi8
struct ref B;xZ%M]
{ h]kn%?fpmB
typedef T & reference; c=b+g+*xd
} ; 1YJ_1VJ
template < typename T > Tg"'pO
struct ref < T &> p+orBw3
{ ?!bd!:(N
typedef T & reference; 8O~0RYk
} ; ;Ay>+M2O
XMt
u "K
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: I*^5'N'
XOu+&wOu
template < typename T > b->eg 8|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const P7's8KOoS
{ 7n\ ThfH{
return l(t) = r(t); /3J z3
} ;$vLq&(}
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。 x1t{SQ-C
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 "/Y<G
?TIV2m^?
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
WHp97S'd
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Ee{ `Y0
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 X.s*>'
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 J4YT)-
最后的布局是: 2ubmsbt$
Add A[RHw<
/ \ 9z #P
Divide 5 Z+NF(d
/ \ T36x=LX
_1 3 ITVQLQ
似乎一切都解决了?不。 8h@q
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。 A'GlCp
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。 \,2gTi,=
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: CK2 B
>L^xlm%7o
template < typename Right > +fM&su=wl
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 4avc=Y5
Right & rt) const d]8_l1O
{ #>=8w9]
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Nu@5 kwH
} uG;?vvg>
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 _l<mu? "
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。 W]_g4,T>
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。 cQX:%Ix=
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。 %MN.O-Lc
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。 s2^B(wP
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? $0#6"urG
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: mwIk^Sz]@
Axlm<3<wf"
template < class Action > b
vRB
class picker : public Action ]BfS270
{ wFvT0
public : oCVku:.
picker( const Action & act) : Action(act) {} |H
W(
vA
// all the operator overloaded &iNS?1a%f=
} ; jJia.#.Ze
ys%zlbj[
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 G=|70pxU
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: MWs~#ReZ
(0OM"`j
template < typename Right > ]boE{R!I
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const D,Lp|V
{ vM(Xip7
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ;'}'5nO=$
} L+.H z&*@
zT7"VbP
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > hsz^rZ
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。 J=iRul^S
.*Vkua
template < typename T > struct picker_maker =IZ[_ /@
{ `*aBRwvK~
typedef picker < constant_t < T > > result; pDn&V(
} ; E]1##6Ae
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > |@RpWp>2
{ =((yWn+t
typedef picker < T > result; ?YBaO,G9o
} ; 6\n?48x}
Xwq]f:@V
下面总的结构就有了: Nqcp1J"
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。 !n<o)DsZR
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。 ? %(spV
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 w2OsLi Sv
至此链式操作完美实现。 G;s"h%Xw98
_ie.| 4k
&94W-zh
七. 问题3 oa`#RC8N
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。 dZ]Rqr
_!
kRlA4h1u_$
template < typename T1, typename T2 > B!;+_%P76
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const +sf .PSz$
{ ]Blf9h7
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); :( ,mL2[
} iZxt/}1X0
I[D8""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: {@.Vh]
rN5tI.iC
template < typename T1, typename T2 > |cd-!iJX-
struct result_2 7-*=|gl+
{ Y#HI;Y^RP
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; }k7'"`#?"
} ; u9Y3?j,oC
.H~YI
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? Ri)uq\E/#
这个差事就留给了holder自己。 2K{6iw"h
jfp z`zE
M%`\P\A
template < int Order > ~h)&&'a
class holder; =\3Tv
template <> BKIjNV3
class holder < 1 > _#C()Ro*P
{ F9flSeN
public : j0mM>X HB
template < typename T > p|[B
=.c{
struct result_1 Q5a)}6-5
{ GF$`BGW
typedef T & result; A''pS
} ; f_=~H<j!
template < typename T1, typename T2 > 'V&Y[7Aeq
struct result_2 6b=q-0yj
{ 0
n
vSvk
typedef T1 & result; v=?2S
} ; ae+*=,
template < typename T > z#6?8y2-
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 3tAU?sV!
{ ,"2TArC'z
return (T & )r; p $`92Be/
} ]$b2a&r9
template < typename T1, typename T2 > 3n;K!L%zMT
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const L.'}e{ldW
{ k cuzB+
return (T1 & )r1; >I"V],d!6
} y1f:?L-z
} ; O XP\R
G}nO@
template <> v|';!p|
class holder < 2 > CH#k(sy
{ B&?sF" Y
public : ]9 w76Z
template < typename T > j+IrqPKC^
struct result_1 [<c&|tfl
{ Vu8,(A7D%O
typedef T & result; 2f~($}+*
} ; 5Wx~ZQZ
template < typename T1, typename T2 > 7:E!b=o#
struct result_2 !ZXUPH
{ \}0-^(9zd
typedef T2 & result; /8'S1!zc
} ; IH*s8tPc
template < typename T > ?Bi*1V<R
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const s%4M$e
{ Xd
`vDgD
return (T & )r; l@Z6do
} @~td`Z?1y
template < typename T1, typename T2 > [{u(C!7L`
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ;]2s,za)qs
{ !D^c3d
return (T2 & )r2; E0n6$5Uc?
} !~i'
-4]
} ; m"eteA,"k_
ZJW[?V\5=
cZ8.TsI~
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> >。 Hh;:`;}
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: $tqJ/:I
首先 assignment::operator(int, int)被调用: \c,pEXG
$g9**b@
return l(i, j) = r(i, j); aW_oD[l
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) U&Wwyu:4i
OWp%v_y]
return ( int & )i; Elj_,z
return ( int & )j; {V19Zv"j
最后执行i = j; w'4AJ Q|;
可见,参数被正确的选择了。 . 5y"38e
=<@2#E)
iRo.RU8>
Z6C=T;w
`>(W"^
八. 中期总结 CbBSFKM
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: m><w0k?t
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 WS8+7O'1\
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 qVqRf.-\
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor 3chPY4~A
[jdFA<Is
lT&wO