一. 什么是Lambda P|4E1O
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 UD2<!a'T
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, e@=[+iJc
o%%x'uC
i4n
b#
Oq,.Kz
class filler s jI[Vq
{ s ;s-6%p
public :
|WU`p
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} nnL$m_K~
} ; tR*W-%
_]UDmn[C
9*;isMkq<
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: ;j U-<
6 ]PM!6
m5w9l"U]H
Nf 'dT;s.N
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); (Dm"e`
^70 .g?(f[
I`W-RWZ
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 g[au-.:
yvWzc
uL#
0DB<hpC:5
\'+{X(]
二. 战前分析 i @9Qb
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 f WjS)
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 `qDz=,)WP
P9"D[uz
#)A?PO2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Kn#xY3W6
/* --------------------------------------------- */ CS5jJi"pD3
vector < int *> vp( 10 ); {]\uR-a(o
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); N~5WA3xd
/* --------------------------------------------- */ HwW[M[qA
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); s.;KVy,=Bu
/* --------------------------------------------- */ G^rh*cb K
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); l ~4e2xoT
/* --------------------------------------------- */ /;nO<X:XV
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 2${,%8"0s
/* --------------------------------------------- */ m0\"C-Bk
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); S~rVRC"<xo
aC yb-P
.;Utkf'I
Z#Zzi5<
看了之后,我们可以思考一些问题: 7lDaok
1._1, _2是什么? )SL@>Cij
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。 ~|Ih
JzDt
2._1 = 1是在做什么? CESe}^)n
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。 +z(,A
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。 |:=b9kv
2x`xyR_Q.R
-{8Q= N
三. 动工 pmW6~%}*
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: _X%6 +0M
I0l.KiBm
xeYySM=
I"Q9W|J_&
template < typename T > ;/";d]j
class assignment /cL9?k;o
{ FJjF*2 .
T value; h`EH~ W0:z
public : S?nNZW\6[
assignment( const T & v) : value(v) {} L\:YbS~]
template < typename T2 > ^mgI%_?1
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } U.pr} hq
} ; @0UwI%.
2>MP:yY;K
Eo {1y
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 XuFm4DEJ
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment }U?gKlLg
j |'#5H`
@%G' U&R{
cB|Cy{%
class holder hDB`t
$
{ 7:VEM;[d
public : LTYuxZ
template < typename T > D)*_{
assignment < T > operator = ( const T & t) const F`;TU"pDf
{ \9>g;qPg}
return assignment < T > (t); _yxe2[TD
} J"D&q
} ; nXM9Px!
b#Fk>j
Q_dXRBv=n
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: !8
wid&
SA`J.4yn
static holder _1; } `>J6y9
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ,WO%L~db
S&
, Ju%
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); =p,4=wo{
而不用手动写一个函数对象。 =0s`4Y"+
*%Nns',
f#;ubfi"z
L_
Xn,
四. 问题分析 $LxG>db
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 GFQG(7G9
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ~51kiQW
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 EbBv}9g
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 xS
H6n
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ,<Grd5em.
PUQ_w
五. 问题1:一致性 =#.8$oa^
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?| %)<oX9E
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 OUlxeo/
_o &,
struct holder P;L)1 g
{ uHUvntr
// j#LV7@H.e?
template < typename T > D y`W5_xSz
T & operator ()( const T & r) const B7Ki@)
{ ]|C_`,ux
return (T & )r; 1*! c
X
} dr,B\.|jC
} ; @wYQLZ
PEX26==
这样的话assignment也必须相应改动: _q$0lqq~u
%2@ Tj}xa
template < typename Left, typename Right > |z!q
r}i
class assignment S|{Yvyp
{ {UX"Epd);n
Left l;
F1?CqN M
Right r; A=v lC?&Z
public : j{Yt70Wv
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} jpYw#]Q
template < typename T2 > f H#F"^A
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } g)Vq5en*
} ; "%.|n|
=RW*
%8C
同时,holder的operator=也需要改动: wc6
E-rB
q7O,I`KaJ
template < typename T > 0%h[0jGj
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ; d, JN
{ #[k~RYS3
return assignment < holder, T > ( * this , t); o ;[C(OS
} YiIddQ
sW]yuu!/
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。 D+ah ok
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 h"VpQhi
dAYI D E
return l(rhs) = r; 'WKu0Yi^'
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|nh d
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: mC*W2#1pF
S F&M
(=w<
template < typename Tp > p<of<YU)
class constant_t L?3VyBE
{ l]a^"4L4`o
const Tp t; V9 +xL 1U#
public : =Q/w% 8G
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} CbTf"pl
template < typename T > 4 o3)*
const Tp & operator ()( const T & r) const 6T^N!3p_
{ oJlN.Q#u&
return t; BpQ;w,sefq
} pX>ua5Z
} ; ]iz_w`I\
q=P
f^Xp
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 o
:.~X
下面就可以修改holder的operator=了 [5]R?bQ0q{
FX7Cjo#=R
template < typename T > S_(&UeTC
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const |Q5H9<*
{ L0X&03e=e:
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); *fxep08B
} F`YFo)W
lEO?kn.:z
同时也要修改assignment的operator() S2koXg(
vbr~<JT=
template < typename T2 > 'P@=/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); }
~hS .\h
现在代码看起来就很一致了。 K:}h\ In
vqrBRlZ
六. 问题2:链式操作 M*g2VyZ
现在让我们来看看如何处理链式操作。 u~#%P&3_W
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。 i:l80 GK
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。 ]h #WkcXQ
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。 ox(*
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct pu\b`3C(
#D!$~h&i
template < typename T > 06PhrPVa!\
struct result_1 ?,WUJH?^
{ DWF
>b
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ::p-9F
} ; &tlR~?$e*
,DE(5iDS
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 'b LP~
Eem 2qKj
template < typename T > Ix( 6
struct ref ,$HHaoog
{ -(6eVI
typedef T & reference; fdd~e52f
} ; NY~ dM\
template < typename T > w0#%AK
struct ref < T &> 6tOP}X
{ "AT&!t[J
typedef T & reference; y.jS{r".
} ; QH& %mr.S
qsI{ b<n
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 8&?^XcJ*x
^bF}_CSE
template < typename T > z
VnIr<!8_
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const S/a/1n$ U
{ c}YJqhk0J
return l(t) = r(t); 3wV86tH%
} ^it4z gx@
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。 =fY lzZh
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 n(Qj||:
S{o@QVbl
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 .?A'6
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ^/G?QR
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 lTn;3'
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 5fU!'ajaN7
最后的布局是: )URwIe{
Add g+:$X- r
/ \ #N; $
Divide 5 ;_x2Ymw
/ \ t$aVe"uM
_1 3 6!*K/2:O
似乎一切都解决了?不。 OMl8 a B9
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 0 9tikj1
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 !$xzAX,
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: 1Pu
, :Jt
O\%j56Bf
template < typename Right > $Xf~# uH
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const X>2?
`8M
Right & rt) const 4\v~HFsv
{ &u&2D$K,tp
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt);
}K?F7cD
} `hzd|GmX
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 2K
Pqu:lv
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。 'zE:
fLo
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。 6KVV z/
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。 ki#y&{v9Be
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。 K/DH
/
r
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? #U\$@4D
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: t/ A:k
,bxz]S1W
template < class Action > I`lDWL
class picker : public Action [S%J*sz~
{ HP#ki !'
public : M\I_{Q?_
picker( const Action & act) : Action(act) {} fH&zR#T7U4
// all the operator overloaded e!6eZ)l
} ; ubD#I{~J
OO$|9`a
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 ACgt"
M.3F
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: dZF8R
\Ph]*%
template < typename Right > D^$]>-^
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const S=4R5igrC
{ gEE9/\>%-
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ,dOMW+{
} u]R$]&<
T{ok +$w2
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > av$
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。 nz>K{(
) 9xX
template < typename T > struct picker_maker " l.!Ed
{ f7.m=lbe
typedef picker < constant_t < T > > result; P7'M],!9w
} ; >)4.$#H
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > )4PB<[u
{ Q
Qi@>v|d
typedef picker < T > result; Vw7WK
} ; 70{RDj6{
@#A!w;bz
下面总的结构就有了: f]c<9Q>*
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。 UBa-
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。 bZu$0IG
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 L,6MF,vx
至此链式操作完美实现。 6I"C~&dt
ad9EG#mD#
f:S}h-AL&
七. 问题3 Trpgx
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 )x)gHY8;
xwi!:PAf,o
template < typename T1, typename T2 > R<>tDwsZGa
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const z[*zuo
{ vpi l$Uq
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); &