一. 什么是Lambda jIr\.i
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ^`iz%^
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, R4VX*qkB
y\uBVa<B
K> 4w
+ctU7
rVy
class filler ) 3"!Q+
{ X<. l(9$
public : $0K@=7ms
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} _b/zBFa%
} ; Jn d_cJ ]a
.tGz, z}
gED|2%BXb
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: 1\UU"
ilVi
jSHFY]2
6;:D!},'c
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); .%7Le|Fb"
g(X`.0
<QFayZ$
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 +>1?ck
t3?I4HQ
#9r}Kr=P
2)}*'_E9
二. 战前分析 zSD_t
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。 %{4U\4d@'
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 F(."nUrf
_0gdt4
,g}$u'A+d
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); "=
%"@"<)
/* --------------------------------------------- */ jUNt4
vector < int *> vp( 10 ); ](Wa:U}Xs
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 2]9
2J
/* --------------------------------------------- */ |n tWMm:(
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ^7? WR?!
/* --------------------------------------------- */ =y@0il+V
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); $\vNSTE
/* --------------------------------------------- */ ,{S $&g*
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); "ldd&><
/* --------------------------------------------- */ 4v_Hh<%
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ,aUbB8
0fBwy/:
SPdEO3
KMkD6g
看了之后,我们可以思考一些问题: Z}0xK6
1._1, _2是什么? gsEcvkj*
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 LFxk.-{=
2._1 = 1是在做什么? \ +sa[jK
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 LI3L~6A>
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 )P
b$
h9imS\gfr
W!\%v"
三. 动工 kiN,N]-V
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Spx%`O<
r9N?z2X
Cj4Y, N
k
Qr
template < typename T > c CDT27@
class assignment |5dNJF8;Q
{ 6Y\TVRR
T value; W ).Kq-
public : W?aP%D"(i
assignment( const T & v) : value(v) {} bcy
template < typename T2 > v'?o#_La+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } U7jDm>I
} ; ]nebL{}5
}T\.;$f
2*O#m
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ^?(#%~NS
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment }za pN
v
Y7g%nz[[
,4'y(X<R
F5YoEWS
class holder ?yjg\S?L
{ !LpjTMYs
public : F."ZCEb
template < typename T > vxk0@k_
assignment < T > operator = ( const T & t) const U _A'/p^D
{ vdgK3I
return assignment < T > (t); _6c/,a8;*J
} B@ufrQ#Y.
} ; z a_0-G%C2
b+ycEs=_
L"dN
$ A
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: j}/).O
`W+-0F@Y?@
static holder _1; bfncO[Q,?
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 `S-l.zSZ4B
~F,YBX
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); d`flYNg4
而不用手动写一个函数对象。 TW(X#T@Z6I
+HUy,@^Pa
4[kyzz x
N;-%:nC
四. 问题分析 BxV>s+o&]
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。 u
ynudO
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。 zY*~2|q,s
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Cc{{9Ud
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 HbB8A#u
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ]u-bJ
AD`5:G
五. 问题1:一致性 O wu?ND
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?| VO {z)_
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 oGI'a:iff
z^tzP~nI
struct holder T*#M'H7LSQ
{ 0nD?X+ u
// D4hT Hh
template < typename T > xq,ql@7
T & operator ()( const T & r) const QP50.P5g
{ dwUDhQt3Q
return (T & )r; +UX~'t_'v
} <+
[N*
} ; R6Md_t\
S~fP$L5
这样的话assignment也必须相应改动: 8pr toCB
^;s/4
template < typename Left, typename Right > C%E~9_w
class assignment J|
wk})?
{ FF^h(Ea
Left l; 1Vz^?t:
Right r; "PN4{"`V
public : VKYljY0#
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} b|Ge#o
template < typename T2 > C_q2bI
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } oO3^9?Z
} ; svxjad@l/
SKNHLE}
同时,holder的operator=也需要改动: W"vkmk
\P":V
template < typename T > 0iR?r+|
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 3[_WTwX0
{ PbS1`8|4
return assignment < holder, T > ( * this , t); *3={s"a.(
} ?Q"<AL>Z
(X5y%~;V5a
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 {2T u_2>
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 X|!@%wuGC
_s0)Dl6K
return l(rhs) = r; (
[a$Z2m
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。 A ep](je
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ZQ`4'|"
V6c8o2G;+
template < typename Tp > 90iveb21}
class constant_t r|u R!=*|?
{ N>a~k}pPH
const Tp t; ^q& Rl\
public : 7CF>cpw
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ^pew'pHQ
template < typename T > ^:ny
const Tp & operator ()( const T & r) const `~lG5|
{ #l-zY}&
return t; D'ZUbAh!
} e2V;6N
} ; ft@#[Bkx
Y?K?*`Pkc1
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 .+?]"1>]
下面就可以修改holder的operator=了 37?X@@Z=
>f^kp8`3{Y
template < typename T > )Kl@dj
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const *w^!\
{ 1/ j>|
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); (gvnIoDl0
} !UPB4I
FxK!h.C.
同时也要修改assignment的operator() Wql=PqF
b W/T}FND
template < typename T2 > 7 u Q +]d
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } go6;_
现在代码看起来就很一致了。 (Lh!7g/0N
eS4t0`kP
六. 问题2:链式操作 VE/m|3%t
现在让我们来看看如何处理链式操作。 izl-GitP
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。 Jc5YGj 7
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。 N|@tP:j
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。 @sZ' --Y
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct T:K}mLSg
#fx"tx6
template < typename T > uuh._H}-
struct result_1 IS[q'Cv*
{ "B"ql-K
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; g%^/^<ei
} ; NgsEEPu?
,SdxIhL
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: *'M+oi
v&9:Wd*Iz'
template < typename T > W:w SM*
struct ref k+i0@G'C(
{ KC9VQeSc
typedef T & reference; Wq 1OYZ,
} ; ~@ <o-|#
template < typename T > wpQp1){%Q
struct ref < T &> ?=_w5D.3J
{ kDRxu!/
typedef T & reference; @_c&lToj_
} ; g.;2N 9
&F[N$6:v
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: N(J#<;!yb
'?NMQ
template < typename T > ,.=7{y~
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 2p 7;v7)y
{ f`-vnh^+
return l(t) = r(t); e iH&<AH
} '< >Q20
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 I'n}6D.M
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 U_Mag(^-
-<T>paE9
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 +Qzl-eN/+
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: } 21!b :a
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 SjA'<ZX>TM
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 UF89gG4
最后的布局是: YReI|{O$c
Add ?TW? 2+
/ \ ^K~=2^sh
Divide 5 , :KJ({wM
/ \ QGErQ
+l
_1 3 fcohYo5mh
似乎一切都解决了?不。 KNP^k$=)3c
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。 q/@r#
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。 H#nJWe_9A
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: &!'R'{/?X
+zo\#8*0MF
template < typename Right > jzi^OI7
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Yyw3+3
Right & rt) const `tKs|GQf
{ ^foCcO
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); $Grk{]nT
} I>-1kFma;
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 SD:Bw0gzrI
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 .K#'
Fec
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。
2Mw`
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 fp 3`O9+em
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 JV!F<
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? EQHCw<e
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: G-vkkNj%e
?g*.7Wc
template < class Action > L0%W;m
class picker : public Action <{Rz1CMc
{ {[{jlG4H
public : pVjOp~=U
picker( const Action & act) : Action(act) {} 6HVX4Z#VH
// all the operator overloaded 4~ nf~
} ; gKWUHlQY
v806f8
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 3Dj>U*fP
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: :F"NF
cvtn,Ml6
template < typename Right > Z)u_2e
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ]yFO~4Nu
{ ] J|#WtS
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ^Vc(oa&;
} CX5>/
^p%3@)&
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > BGu<1$G
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/Ch
/Sa
THCvcU?X
template < typename T > struct picker_maker WE
/1h
{ sbhUW>%.
typedef picker < constant_t < T > > result; "p>kiNu
} ; $ 93j;
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > b'`C<Rk
{ a72L%oJ
typedef picker < T > result; 73ABop
} ; `w"ooK
{~Q}{ha
下面总的结构就有了: 99~-TiU
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。 bl|)/)6o
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。 PvxU.
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 IG:CWPU
至此链式操作完美实现。 qUQP.4Z9 5
"1Y DT-I"
og*ti!Z
七. 问题3 p%\&M bA
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。 eFQz G+/
uxW<Eh4H*
template < typename T1, typename T2 > )@.0ai
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const QT(]S>--n
{ !]z4'* )W
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Fj&8wZ)v)
} [bBPs&7u
oPF
n`8dQ
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: (S&D
+\cG{n*
template < typename T1, typename T2 > t6%zfm
struct result_2 @Ps1.
{ qFY>/fCP4
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Te>m9Pav
} ; sA,2gbW
PiNf;b^9
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<w?,Z
这个差事就留给了holder自己。 k&