一. 什么是Lambda |)`<D
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 US3rkkgDO
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, f"My;K $l;
ZZ|a`U
\ t4:(Jp 3
N.R,[K
class filler gx,BF#8}
{ ^oaFnzJdf
public : x$ z9:'U
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} vcm66J.14
} ; 6^_:N1@
H&Jp,<\x
z !2-U
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: 8ExEhBX8
1o5n1
A
[HNWM/ff7+
7:iTx;,v
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); /BeA-\B
P|c[EUT
vw(X9xa
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 YhQ;>Ko
CRXIVver
qI (<5Wxl
hdW}._
二. 战前分析 OAx5 LTd
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。 e\o>(is
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 $646"1S
a@+n
pYXusS7S
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 0i%r+_E_
/* --------------------------------------------- */ ;.dyuKlI
vector < int *> vp( 10 ); vxN,oa{hf
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Z]VmTB
/* --------------------------------------------- */ ~\uI&S5
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 2GRL`.1
/* --------------------------------------------- */ ,dyCuH!B
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Lmp_8q-Ej
/* --------------------------------------------- */ xb6y=L
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); }\
^J:@
/* --------------------------------------------- */ y+jOk6)W75
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); V@%:y tDf
Nj~3FL
}fqz8'E9
jEaU;
看了之后,我们可以思考一些问题: :9c[J$R4
1._1, _2是什么? a8Va3Y
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。 TAd~#jB9
2._1 = 1是在做什么? ],.1=iY
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。 G&7!3u
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。 w6cW7}ZD,
g+:Go9k!F
V1h&{D\"
三. 动工 L'A>IBrz
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: q`u ^ sc
0UbY0sYo
"bhF`,V
sfo+B$4|
template < typename T > cM|!jnKm
class assignment /RF=8,A
{ ZUg~8VVe
T value; f$2DV:wuC
public : kiP-^Wan
assignment( const T & v) : value(v) {} 'Edm /+
template < typename T2 > *i`t4N
A
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } *IGCFZbp41
} ; ' 5F3,/r
X"sc'#G T
\H&8.<HJ
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 awC:{5R8v
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment O_S%PX
lL<LJ
:L
1*VArr6*6
exP:lO_0n
class holder X?B\+dq
{ {0Jpf[.f
public : <Na .6P
template < typename T > .0a,%o8n
assignment < T > operator = ( const T & t) const k
x?m "a%
{ ~!iZn
return assignment < T > (t); b;2[E/JKB
} x o{y9VS
} ; CTP!{<ii
/>0
Bm`A
oQ{
X2\
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: =cwdl7N&I
={k_
(8]
static holder _1; k;~*8i=%,\
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <t"KNKI
VEGp!~D
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); $ vt6~nfI
而不用手动写一个函数对象。 m2x=Qv][@c
n5z";:p
k )=Gyv<
d&owS+B{48
四. 问题分析 ~R*01AnZ
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。 \T:*tgU
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。 I*`;1+`
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ?#obNQ"u]
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 )TtYm3,
下面我们可以对这几个问题进行分析。 iQ8T3cC+
? \p,s-CR:
五. 问题1:一致性 u$Ty|NBjn
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| m> YjV>5
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 LKsK!X
+zINnX
struct holder Q*W$!ZUT
{ ZQI;b0C
// pkEx.R)
template < typename T > 1F]jy
T & operator ()( const T & r) const N;|:Ks#!
{ @@ =e-d
return (T & )r; 557%^)v
} :7L[v9'
} ; ltg\x8w?c
z>A;|iL
这样的话assignment也必须相应改动: WCL#3uYk"
M}\p/r=
template < typename Left, typename Right > K]H [A,
class assignment m;oCi}fL
{ |rL#HG
Left l; 'XP
Right r; Z1N=tL
public : & oj$h
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} kj]m@mS[
template < typename T2 > du>d ?
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 2"pFAQBw~i
} ; 1`F25DhhY
`+]e}*7$f
同时,holder的operator=也需要改动: XgPZcOzYB
Rxl/)H[Lc"
template < typename T > d8N4@3 CkL
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const N@3&e;y
{ Tr$37suF
return assignment < holder, T > ( * this , t); 3hPp1wZd
} K0^Tg+U($p
?!;i/h*{
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。 /?B%,$~
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 |gwGCa+
* amZ
return l(rhs) = r; "YoFUfaNg
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Z11I1)%s
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: :)j& t>aP
+BgUnu26
template < typename Tp > LjY@b
class constant_t <uXQT$@?
{ @s8wYcW
const Tp t; uXm}THI
public : q!whWA
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Xp?WoC N
template < typename T > m*rw?nLZ
const Tp & operator ()( const T & r) const @M=\u-jJ.
{ wak`Jte=}m
return t; q?=_{oH9
} Ox^VU2K;&.
} ; _qU;`Q
~ea&1+Z[3
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 oA`G\Xh_E
下面就可以修改holder的operator=了 -5u. Ix3
PD`EtkUnv
template < typename T > 'da$i
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const <hB~|a<#
{ 9HG" }CGZP
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); nV>=n,+s"
} 3}x6IM2
RWdx)qj{
同时也要修改assignment的operator() ^KjxQO6y3
:~LOw}N!aQ
template < typename T2 > Po7oo9d
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } :r+F95e
现在代码看起来就很一致了。 J 7]LMw7
6'\VPjt
六. 问题2:链式操作 C3-I5q(V]
现在让我们来看看如何处理链式操作。 GEZ!z5";BQ
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ^)S<Ha
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 @i=_y+|d_
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 uE^5o\To
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct oRQ(l I>
m:5x"o7)ln
template < typename T > vg-'MG
struct result_1 Dac ,yW
{ >+F +"NAN
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 9ve)+Lk
} ; R/ 3#(5
H':0
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: bw*D!mm,
~'t+X
template < typename T > c'uDK>
struct ref R7ExMJw
{ eJ_$Etc
typedef T & reference; n*y@3.
} ; WS2@;
8.N
template < typename T > UjcKvF
struct ref < T &> x_OZdI
{ )!g@MHHL
typedef T & reference; of0hJR
} ; ldNWdz
;`rz ]7,*
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: jGFDj"Y
jOU1F1
template < typename T > 3 ,
nr*R!
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ]X<L~s_*
{ v\Edf;(
return l(t) = r(t); P;[>TCs ]8
} AN4(]_]
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。 LT6VZ,S
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 %)PQomn?
O^<\]_l
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 $X]Z-RCK3
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: R*>EbOuI
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 M<cm]
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 w_9[y
最后的布局是: fp'%lbk=
Add BTa#}LBZ+
/ \ &d&nsQ
Divide 5 N7}yU~j^
/ \ 'jjJ[16"d
_1 3 1j\wvPLr
似乎一切都解决了?不。 =801nZJ
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。 HRW}Yl
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。 @2R+?2 j
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: 4KZ)`KPE
&8@
a"
template < typename Right > c%x.cbu>
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const y3!#*NU
Right & rt) const mFJb9,
{ :B1a2Y^"
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 7oFA5T _
} &~sk7iGi
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 -r@/8"
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。 ;BjJ<?^{
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。 [eZ'h8
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。 q\T}jF\t
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。 , \R,O
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? .q_SA-!w>
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: kf2e-)uUs
uW^ W/S%'
template < class Action > n8 e4`-cY
class picker : public Action .9KW|(uW
{ Nj|~3
*KO
public :
z+F:_
picker( const Action & act) : Action(act) {} O:Ob{k
// all the operator overloaded ["XS|"DM
} ; 8,YxCm ie
0/0rWqg
/
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。 4Vrx9 sA1
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: kH>^3(Q\
+d/^0^(D\5
template < typename Right > \X0wr%I
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const b%M|R%)]
{ eKek~U&
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Z'|A>4\
} QE%|8UFY
ts~$'^K[-
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > iMXK_O%
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。 SM8m\c
TCS^nBEE
template < typename T > struct picker_maker +)QA!g$
{
=[G)
typedef picker < constant_t < T > > result; 5"8R|NU:\0
} ; p:gM?2p1
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > E!v^j=h$u
{ 8I|2yvhP
typedef picker < T > result; @iD5X.c
} ; Rhil]|a/
NJTC+`Hm
下面总的结构就有了: dI|`"jl#
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 vV+>JM6<K
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 8GFA}_(^R
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ZeYkZzN
至此链式操作完美实现。 ;
#^Jy#)
}^ G&n';J
_HkB+D0v
七. 问题3 B^sHFc""V
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 Zfn390 _
d*TpHLm
template < typename T1, typename T2 > SK_i 3?
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const +i.b&PF'H
{ >!|(n@
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Hxzdxwz%$
} hg=BXe4:
1O]27"9
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: uSi/|
Je~d/,^WU
template < typename T1, typename T2 > ~ E|L4E
struct result_2 yNu%D$6u7
{ J>Uzd,
/
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 8GD!]t#
} ; POCF T0R}
=\l7k<
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? (6Sf#M
这个差事就留给了holder自己。 o4g<[X)
V`z2F'vT
niIjatT
template < int Order > 1GL@t?S
class holder; W!G2$e6
template <> pr(16P
class holder < 1 > I+^B] @"
{ 9#AsSbBpf
public : @43o4,
template < typename T > RU^lR8;
struct result_1 [F<Tl =
{ |. zotEh
typedef T & result; HN*w(bROr
} ; 'hM?J*m
template < typename T1, typename T2 > _F1{<" 4
struct result_2 }uE8o"q
{ 4SqZV
typedef T1 & result; %wp#vO-$
} ; fC4D#
template < typename T > @|^2 +K/
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const \Ow-o0
{ bUp
,vc*
return (T & )r; ?>p<!:E!r
} L('G1J}
template < typename T1, typename T2 > p8q9:Tz
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const $N#f)8v
{ ' 1aU0<
return (T1 & )r1; fuxBoB
} "A_WU|
} ; ~4~-^
t
Sr`gQ#b@r}
template <> ;=.QT
class holder < 2 > 7gV"pa
{ aQEMCWxZ
public : J0U9zI4
template < typename T > +{j? +4(B
struct result_1 43;@m}|7$
{ _r}oYs%1
typedef T & result; )oSUhU26}
} ; <4W"ne28
template < typename T1, typename T2 > AE)<ee%\\
struct result_2 m$xyUv1
{ xwj%X%2
typedef T2 & result; 3?vasL
} ; QJ
ueU%|
template < typename T > <~}t;ji
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const o2 5kFD
{ ^#R-_I
return (T & )r; nNIV(
} _ID2yJ
template < typename T1, typename T2 > sM?bUg0w
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 1a)NM#
{ kQ$Q}3f
return (T2 & )r2; JqO#W1h~R|
} TIV1?S
} ; PZF>ia}
d{f3R8~Q.
<)zh2UI
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> >。 B(mxW8y
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: -P 5VE0
首先 assignment::operator(int, int)被调用: S#X$QD
2oAPJUPOJ
return l(i, j) = r(i, j); ^b`}g
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) x, js}Mlw
>qjr7 vx
return ( int & )i; 7;C9V`
return ( int & )j; hltH{4
最后执行i = j; Lrz>0_Q
可见,参数被正确的选择了。 .BXZ\r`
1V?}";T
'f<0&Ci8
8 F'i5i
-uiZp !
八. 中期总结 /'=C<HSO
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: GG\]}UjX
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 &G@*/2A
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 SMQuJ_
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor ehXj.z
M"K$81
:eI.E:/'
2|o6~m<pE
A==P?,RG
>#R<