一. 什么是Lambda QLUe{@ivc
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 P&tK}Se^V
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, +-nQ,
fOV
,pASjFWi
piG1&*
h[8y$.YsC
class filler 1%@~J\qF
{ tQ~B!j]
public : ~ 9;GD4
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} _-&.=3\1
} ; IID(mmy6
L
'AAY!{>
f5a](&
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: Xp~]kRm9
;gMh]$|"
7xc<vl#:q7
Xdq,
=;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); *YtNt5u
B~NC
:z\f.+MI
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 CN=&Je%I
~ tLR
Vw*x3>`
Ax0,7,8y
二. 战前分析 +Y~+o-_
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。 W =zG
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 g=C<E2'i*
|u{QI3#'
+mA=%?l
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); g,:Nzb
/* --------------------------------------------- */ C P#79=1
vector < int *> vp( 10 ); eC$v0Gtq
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); F&*M$@u5
/* --------------------------------------------- */ &FrB6y
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 9^ r
/* --------------------------------------------- */ Ng"vBycy
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); i-?zwVmn
/* --------------------------------------------- */ @;6}xO2
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); y2R=%EFh6
/* --------------------------------------------- */ re!8nuBsA
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ]CZLaID~
vVYduvw
+_eb*Z`5o
pNlisS
看了之后,我们可以思考一些问题: $)3PF
1._1, _2是什么? 5 DB>zou
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 WO-WoPO
2._1 = 1是在做什么? ^eW.hNg
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ]uvbQ.l_t
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 !7)ID7d
v)yimIHzo
{_Qxe1^g
三. 动工 =.E(p)fz
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 1J"9r7\
pYVy(]1I(3
5uo(z,WLR
l~YNmmv _
template < typename T > #0u69
class assignment Yd;r8rN
{ q=Yerp3~
T value; C/waH[Yzan
public : UWp8I)p!\O
assignment( const T & v) : value(v) {} l _O~v?
template < typename T2 > RuNH
(>Eb
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ennz/'
} ; t4_K>Mj+d
(u&yb!`
0NtsFPO
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ]&U| d
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Noxz kpMF
&t/<yq}{
9yo[T(8
%"Q!5qH&
class holder iwJ-<v_:h
{ hZWK5KwT
public : iFG5%>5F
template < typename T > )95yV;n
assignment < T > operator = ( const T & t) const W<91m*
{ &PuJV + y
return assignment < T > (t); 3cO[t\/up
} THgzT\_zq
} ; `U_>{p&x
XOg(k(&T
GFdJFQio
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: sK-|xU.
jL+}F /~r
static holder _1; S1juAV=
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 0a6@HwO
""'eTpe
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 2{kfbm-89t
而不用手动写一个函数对象。 UT<bv}(J
SE)j}go
tc<M]4-
\G=R hx f
四. 问题分析 |akC
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 (l8r>V
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 [l%fL9
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 /B@%pq
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ~wf~bzs
下面我们可以对这几个问题进行分析。 _@pf1d$
kqigFcz!Y
五. 问题1:一致性 B"8JFf}"q
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?| 11<@++,i
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 L+rySP
J
s<MJ4r>/
struct holder fyq]M_5
{ H.8CwsfP
//
e1^{
template < typename T > Gx_`|I{P
T & operator ()( const T & r) const x";.gjI |g
{ a]Da`$T
return (T & )r; uM)9b*Vbo
} K:
o|kd
} ; ;=VK_3"
ICCCCG*[
这样的话assignment也必须相应改动: QGv:h[b_
~q?"w:@;x
template < typename Left, typename Right > H"GE\
class assignment Sd$]b>b4O
{ 5f&{ !N
Left l; CDwIq>0j
Right r; aQ&8fteFR
public : lDPRn~[#\
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} o%^k T&
template < typename T2 > }Q r0T
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 2}`V c{\
} ; )-?uX.E{
J%f=A1Q
同时,holder的operator=也需要改动: },EUcVXk
_h=<_Z
template < typename T > AV[P QI
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const JIbzh?$aD
{ 2mG&@E
return assignment < holder, T > ( * this , t); hXQg=Sj
} $:u7Dv}\
3@TG.)N4
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。 f-v ND'@
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 *fvI.cKiGP
3w^J"O/T
return l(rhs) = r; ^,Y~M_=
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。 ^W[B[Y<k
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ghobu}wuF
( ln
template < typename Tp > dy6F+V\DG
class constant_t W:{PBb"x8
{ 1_j<%1{sZ
const Tp t; Tu=eQS|'
public : BV }(djx
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} x)#<.DX
template < typename T > <7FP"YU
const Tp & operator ()( const T & r) const $;)noYo
{ i^sDh>$J
return t; }lC64;yo
} g"Q}h
} ; 3h[:0W!C]
7<QYT+6xV
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 HzG~I8o(d
下面就可以修改holder的operator=了 qD$GKN.
t.>te'DK/
template < typename T > n$m]58w
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ??\*D9rCn
{ OHtgn
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); }W@#S_-e8
} ,Og[[0g
y\|-O<8O
同时也要修改assignment的operator() lNA'M&
EN-8uY.
template < typename T2 > /H jI=263
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } fUp|3bBE
现在代码看起来就很一致了。 }/7.+yD
CFkW@\]
六. 问题2:链式操作
D?\"
现在让我们来看看如何处理链式操作。 k67i`f=
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。 XMeL^|D
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。 nv_m!JG7
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。 @;m@Luk
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct l?@MUsg+
"
g0-u(Y
template < typename T > O{")i;v@
struct result_1 y?Hj%,
{ EG(`E9DZ
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; _Qm7x>NT4
} ; wcdW72
KB%j! ?
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: 'XP>} m
>ggk>s|
template < typename T > a9?
v\hG
struct ref &e HM#as
{ AT%*
~tr
typedef T & reference; [U%ym{be^
} ; J3lG"Ww
template < typename T > h7de9Rt
struct ref < T &> nCffBc
{ aeuf, #
typedef T & reference; VW{aUgajO
} ; kO..~@aY
Qr|N)
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: I8<Il^
Giy3eva2
template < typename T > y"|K
|QT
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const (E"&UC[
{ uKR\Xo}
return l(t) = r(t); so?pA@O
} cotxo?)Zv
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。 o;M.Rt\A
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 |n|U;|'^
-!'Oy%a#
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 5T$9'5V7
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 0\\ueMj
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 {2}tPT[a(
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 zqHpT^B?
最后的布局是: Tsm)&$JI8
Add [|:QE~U@
/ \ ~8H&m,{j
Divide 5 m0xJ05Zx
/ \ 5YTb7M
_1 3 *}
*!+C3
似乎一切都解决了?不。 QQ^Gd8nQ
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。 L~*|,h
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。 xQNw&'|UU
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: nV!2Dfd
Xk{!' 0
template < typename Right > Z-^uM`],G
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ]+}ZfHp
Right & rt) const ,h%D4EVx
{ '2Q.~6
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); J<