一. 什么是Lambda t~_vzG
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 f4[fXP;A
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, -7-r~zmr
T1$=0VSEa+
} V *
', +YWlW
class filler 8.JFQ/)i
{ 8[v9|r
public : eV(nexE
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} zy8Z68%E`*
} ; Hreu3N
p}}pq~EH/
f
wE
b
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: Lsu_f'p0
-nK\+bTL}
)T0%<(J
;[nomxu|?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); =bKz$
_W
2><=U7~
Df hu
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 n1XJuc~
v;6O# ta'
j(xVbUa
<[l0zE5Z8'
二. 战前分析 r<MW8
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。 {^8->V
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 meF.`fh
OkNBP0e}
U~CG(9
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 2.p?gRO
/* --------------------------------------------- */ 6Dl]d%.
vector < int *> vp( 10 ); wn1` 9
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); o|en"?4
/* --------------------------------------------- */ ,vcg%~-
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); !=)b2}e/>
/* --------------------------------------------- */ PP*',D3
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 2#jBh
/* --------------------------------------------- */ <Jc
:a?ICe
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); kO3N.t@n
/* --------------------------------------------- */ (J6>]MZ#)
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); #r,LV}*qg
faIHmU
PKjM1wqaG@
UG !+&ii|
看了之后,我们可以思考一些问题: j+eto'
1._1, _2是什么? 9 $&$Fe
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。 0rrNVaM
2._1 = 1是在做什么? P:OI]x4
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。 b[/uSwvi
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。 sx^0*h-Qq
rYI7V?
Gnthz0\]{
三. 动工 360b`zS
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: b+#A=Z+Pr
h_y;NB(w
6%A_PP3Z
0ZAT;ea B
template < typename T > #d* )W3e2{
class assignment dd-`/A@
{ Ri<'apl
T value; A(@VjXl
public : ^q}cy1"j"
assignment( const T & v) : value(v) {} BM>'w,$KL
template < typename T2 > #a+*u?jnnL
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } oYmLJzCf
} ; N<e72x
E[a|.lnV
5fvY#6;
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 I&JjyR
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment o,gH*
a,ZmDkzuv
Hs`j6yuc9
),rd7GB>
class holder p*C| kE qk
{ &cf(}
public : b-OniMq~
template < typename T > z@Uf@~+U
assignment < T > operator = ( const T & t) const FQe82tfV+
{ i$gH{wn\`
return assignment < T > (t); $'%.w|MJp
} Vo`,|3^
} ; I6vy:5d
,LodP%%UV
L_O*?aaZ
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: chakp!S=
TsF>Y""*M
static holder _1; "pMx(
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 PD$'
~2
x2h5,.K
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); YmPNaL
而不用手动写一个函数对象。 ;hb_jW-0W
U["-`:>jfp
05ovz
:d=:>_[
四. 问题分析 B>UF dj]-
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。 g:eqB&&
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。 bw8[L;~%_
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 TGH"OXV*@
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 z(eAhK}6?
下面我们可以对这几个问题进行分析。 `M[o.t
5j~1%~,#
五. 问题1:一致性 Xj5oHHwn
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?| FH)_L1n
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 0Zh]n;S3m
u"gtv
struct holder *; :dJXR
{ F[)5A5+:Y
// :^rt8>~
template < typename T > N;S1s0FN
T & operator ()( const T & r) const m[DCA\Mo@
{ !:wA\mAd
return (T & )r; +SNjU"x
} Xv<K>i>k
} ; ib- H
jJ8
VT [TE
这样的话assignment也必须相应改动: H>]A|-rG#
Seh(G
template < typename Left, typename Right > mqK}yK^P]
class assignment 2D2}
*);eW
{ u';9zk/$
Left l; txik{' :
Right r; Sjp ]TWj
public : Qs,4PPEg
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} W1_.wN$,5
template < typename T2 > B!1h"K5.($
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } mtmTlGp6Lc
} ; eX'U d%
GK=b
同时,holder的operator=也需要改动: w:+&i|H >
hgK
4;R
template < typename T > N/78Ub
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const N6HeZB":
{ )&j@ ={0
return assignment < holder, T > ( * this , t); g OK
} Y94S!TbB
ly#jl5wmT
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。 :-Ml?:0_X
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 +c$:#9$ |
H128T8?r[
return l(rhs) = r; MK(~
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。 _:]g:F[
#
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 14DhJUV"b
<HnpI
template < typename Tp > _2TL>1KZt
class constant_t !/e*v>3u&
{ ( 8X^pL
const Tp t; {y'4&vt<~
public : waU2C2!w
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} g`C\pdX"B
template < typename T > @N]]Cf>x
const Tp & operator ()( const T & r) const >a&IFi,j
{ d(yTz&u)
return t; pxn@rN#*
} c:[ZknnCe
} ; h5(OjlMC
K^
ALE
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ~1{ppc+
下面就可以修改holder的operator=了 _+X-D9j(l
p| ?FA@ 3
template < typename T > \ef:H&r
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const g^^pPVK_
{ bObsj]
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); wr5v-_7r,
} *%Fu/
_N=f&~T
同时也要修改assignment的operator() eC94rcb}i{
{A'*3(8
template < typename T2 > o{hX?,4i
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } rzs-c ?
现在代码看起来就很一致了。 Mo5b
@
[
:yRv:`r3Lt
六. 问题2:链式操作 D*j^f7ab
现在让我们来看看如何处理链式操作。 skBD2V4
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。 Q'qX`K+@`
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。 I _gE`N
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。 }=}wLm#&1
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct I]DD5l}\
qXhdU/
=
template < typename T > NJ]3qH
struct result_1 QZtQogNy#
{ !JyY&D~`
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; x|O^#X(,
} ; a HVzBcCPh
%~y>9K
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: #q h
,
hf^<lJh~=
template < typename T > !=A;?Kdq
struct ref #n}~u@,o_
{ 1Qu@pb^
typedef T & reference; 0{g*\W*+~
} ; y$_@C8?H
template < typename T > Z %Ozzp/
struct ref < T &> ,2^4"gIl
{ OZ+v ~'oD
typedef T & reference; iaCV8`&q%
} ; u*TC8!n
R(`:~@3\6
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: wapSpSt
A4'5cR9T!
template < typename T > -(t7>s
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ZZ7qSyBs?
{ ]"lB!O~
return l(t) = r(t); Qr9;CVW
} d 8DU[p
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 W*t]
d
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 s4~[GO6>
'gvR?[!t
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 #<S*MGp!=
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: XTo7fbW*
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 |Ha#2pt{bc
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 8.[F3Tk=
最后的布局是: ?%h$deJ
Add V`1,s~"q
/ \ pYx,*kG:HW
Divide 5 EU %,tp
/ \ \xj;{xc
_1 3 t/\
似乎一切都解决了?不。 P"8Ix
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。 >%k6k1CZ
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。 /{\ /e"5
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: b,E ?{uG
0RT 8N=B83
template < typename Right > bI55G#1G
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const y%SxQA+\
Right & rt) const s*ZE`/SM3
{ >ESVHPj]
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ;:fW]5"R
} S^eem_C
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 }/F$73Xd
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 n^Ca?|}
,
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 ?vFy3
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 dRX~eIw
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。
u]P|
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? a%T`c/C
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: "`$,qvNN
L~Gr,i
template < class Action > C9!t&<\}
class picker : public Action ,~1'L6Ri?
{ mG jB{Q+
public : v;x0=I&%
picker( const Action & act) : Action(act) {} HIXAA?_eh=
// all the operator overloaded H648 [H[k
} ; apo)cR
%
i4
5
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。 bj
pruJ`=
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: fF(2bVKP:
w+g29
template < typename Right > X0G,tl
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const xB
*b7-a
{ gV2vwe
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); )`DVPudiy
} T/_u;My;
7q?ZieR
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Vu:ZG*^
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。 P`biHs8O
'J,UKK\5
template < typename T > struct picker_maker oY)eN?c
{ n<.7tr0f\
typedef picker < constant_t < T > > result; nTeA=0 4
} ; V<QpC5
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Ew/MSl6}
{ y, l[v39
typedef picker < T > result; \@gV$+{9
} ; j3Od7bBS]
@t%da^-HS"
下面总的结构就有了: /5NWV#-
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 \p4*Q}t
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 K4Q{U@ZJ
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 zg2d}"dV
至此链式操作完美实现。 !j6k]BgZ
Tn7Mt7 h
o?baiOkH
七. 问题3 |! 9~
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 JHxcHh
>z<L 60S
template < typename T1, typename T2 > ug9Ja)1|
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const *~PB
{ 56Wh<i3
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ]46h!@~aC
} o?a2wY^_
Ne
u$SP
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: Zux L2W
mI&3y9; (
template < typename T1, typename T2 > NS[ Z@@
struct result_2 YEv\!%B
{ !X}+JeU'
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; H:G``Vq;0m
} ; qz`-?,pF
Ftyxz&-4$p
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? ;~F*2)
这个差事就留给了holder自己。 J_)F/S!T
!zK"y[V
y;az&T
template < int Order > {MtJP:8Jp
class holder; jZ~girA
template <> w"v96%"Y
class holder < 1 > 3Dr\ O_`u
{ M(>74(}]
public : t ]BG)]
template < typename T > 2m $C;j!D
struct result_1 KcT(/!
{ M&iXdw&
typedef T & result; / :$WOQ
} ; 6GuTd
template < typename T1, typename T2 > m+M^we*R
struct result_2 'A[PUSEE
{ 2z;nPup,
typedef T1 & result; _#~D{91
j:
} ; 2 4od74\
template < typename T > PVi;h%>Y
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 92j[b_P
{ 1!zd#TX
return (T & )r; 6EY\
} U9BhtmY
template < typename T1, typename T2 > hrX/,D -c
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const |g hyH
{ h8WM4
PK
return (T1 & )r1; I*3>>VN
} )-I/ej^
} ; E|-oUzt
}#<Rs
template <> ?*
+>T@MH
class holder < 2 > ;QVTb3Th
{ kh}h(z^
public : x'-gvbj!
template < typename T > A#`$#CO
struct result_1 |Fx *,91
{ d v4~CW%Td
typedef T & result; 3Z~_6P^
+N
} ; U
`lp56
template < typename T1, typename T2 > |J@
&lBlq
struct result_2 %V1j M
{ id,' + <
typedef T2 & result; X6}W]
} ; `s69p'<;p
template < typename T > CY=lN5!J
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const JS03BItt
{ p/eaO{6 6
return (T & )r; [zl4"|_`
} 3{qB<*!p"G
template < typename T1, typename T2 > u-jV@Tz
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const
K#6@sas
{ /)RH-_63
return (T2 & )r2; 0`V=x+*,
} p5"pQeS
} ; tYgHJ~1L*
o/&K>]8M
-G7)Y:
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 1.N2!:&G|
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: T++q.oFc
首先 assignment::operator(int, int)被调用: n2_;:=
com4@NK
return l(i, j) = r(i, j); |aU8WRq
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int)
Oc,HnyV+
0s Jp,4Vv
return ( int & )i; {2Ew^Li
return ( int & )j; NB44GP1-@
最后执行i = j; "*`!.9pt
可见,参数被正确的选择了。 E`xpZ>$mPx
_Wk*h}x
/oJ &