一. 什么是Lambda >;}(?+|f
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 yvnvI y
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, .s|5AC[
;Q[E>j?w=
q3|SZoN
BG6Lky/omz
class filler xFA`sAucr
{ !yz3:Yzu
public : KYq<n& s
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 0;%\L :,O
} ; ; NO#/
x6vkd%fCj
c]|Tg9AW
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: ojVN-*5
Ij9=J1c4
v7D0E[)~
J@J`)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); }Q-Tw,j
c57`mOe/b
lGJ&\Lv:
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 v2YU2-X[
V3/OKI\o
X@7:FzU9
.73sY5hdTN
二. 战前分析 X3y28 %R
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。 !"ydl2
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 _Ecs{'k
~W3t(\B'
u=0161g
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ~$1g"jIw
/* --------------------------------------------- */ ]UZP dw1D
vector < int *> vp( 10 ); ghk"XJ|
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); }$a*XY1
/* --------------------------------------------- */ C\ 34R
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 6HH:K0j3'
/* --------------------------------------------- */ u5`b")a
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); %iZ~RTY6 !
/* --------------------------------------------- */ qr~zTBT]
E
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); P75@Yu(
/* --------------------------------------------- */ *~.'lE%[U
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ~x J#NC+
Xod/GYG
Q{
{=
,<TJh[TzC6
看了之后,我们可以思考一些问题: #.LI`nYA
1._1, _2是什么? Ol;"}3*Z*
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。 f^Q)lIv
2._1 = 1是在做什么? Q{~;4+ZD
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。 gU?M/i2
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。 tnq ZlS
g$z6*bL
+Edq4QYwR
三. 动工 w~n+hhMF
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: p#>,{
yXf+dMv
j3[kG#
W>[TFdH?
template < typename T > s2#}@b6'.
class assignment w ;:{
{ }G"bD8+
T value; :2~2j-m
public : #6#%y~N
assignment( const T & v) : value(v) {} ^ JU#_
template < typename T2 > G}nj
71=H
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } HYNp vK
} ; ~SwGZ
qI[AsM+
Io('kCOR;
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 w=~X 6[+3
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment /5Yl, P
5K=>x<
#zc$cr
]hbrzvo
class holder i1Y<[s
{ o%$R`;
public : p`'3Il3
template < typename T > SOS|3q_`
assignment < T > operator = ( const T & t) const r4]hcoU
{ G(1_P1
return assignment < T > (t); `b_n\pf]
} R-Y 7I
} ; iS`ok
6s$h _$[X
Y*S(uqM
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: :S+Bu*OyH
^[q/w<_j~
static holder _1; 1W7ClT_cQ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 _V3}F1?W
[6nN]U~ Y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); \WZSY||C|_
而不用手动写一个函数对象。 Zy>y7O(,
M2A_T.F=H
sDkO!P
c3O&sa
V!
四. 问题分析 G6X5`eLQ
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。 NHhKEx0Gtu
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。 YIHGXi<"n
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 bq{eu#rQJ
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 I0_>ryA
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Z_Y gV:jc
_ujhD
五. 问题1:一致性 yz%o?%@
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?| Yb'%J@T}
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 v/,,z+%-
"[CR5q9Pr
struct holder gc W'
{ YOY2K%o
// >{"E~U
template < typename T > = @lM*
T & operator ()( const T & r) const xBE}/F$45
{ SYgkYR
return (T & )r; M4t:)!dji?
} !@FzP@
} ; QPB^%8
V :lKF')
这样的话assignment也必须相应改动: 2rM/kF >g
IG!(q%Gf
template < typename Left, typename Right > y`pgJO
class assignment {7EpljH@
{ kU{a!ca4
Left l; ,/dW*B
Right r; ?4_ME3$t
public : t*Z4&Sy^
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 3k:`7E.
template < typename T2 > t24.u+O
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } W O'nW
} ; QF$s([
c']m5q39'
同时,holder的operator=也需要改动: :{aiw?1
H4W!@"e
template < typename T > ye4GHAm,p
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const [u^~ND '
{ c+
aTO"
return assignment < holder, T > ( * this , t); <4-g2.\
} >|1-o;UU
PD-*rG `
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。 9{-H/YS\_s
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ~b6c:db3
pzT`.#N:M
return l(rhs) = r; {wf5HA
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。 u/J1Z>0
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: BoHNni
}RUK?:lEA
template < typename Tp > ?JR?PW8
class constant_t <_SdW 5BF<
{ <lRjh7
const Tp t; , Q )
public : x}uDW
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} $ou/ Fn
template < typename T > 9r 5(
const Tp & operator ()( const T & r) const a._>?rVy
{ FMT_X
return t; HcGbe37Xq
} ]ts^h~BZ$
} ; sl)]yCD|5
(bD#PQXzm
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ?BU?c:"f
下面就可以修改holder的operator=了 !HF<fn
8k^1:gt^
template < typename T > ~bgM*4GW
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 6|1*gl1_LD
{ `6v24?z
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Tzfk_h3hE
} -(zw80@&
i({MID)/_
同时也要修改assignment的operator() ^$y`Q@-9
USKC,&6&}
template < typename T2 >
*,,:;F^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } hcR^?
现在代码看起来就很一致了。 y]uBVn'u
!14l[k+\
六. 问题2:链式操作 ">q?(i\
现在让我们来看看如何处理链式操作。 .i1|U8" X
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 88l{M[B2
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 p\tA&>3-
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 "J2v8c
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct &
z5:v-G?
dA0o{[o=
template < typename T > pbGv\SF
struct result_1 tQ)l4Y 8
{ ;7(vqm<V2~
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; wNMA)S
} ; rE?B9BF3O
r>t|.=!
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 07>D G#
-~
Dn^B1^
template < typename T > Q}1qt4xy*
struct ref -#r=
{ ]!2[k A-
typedef T & reference; ESuP ZB
} ; pJ/{X=y
template < typename T > +ux`}L(
struct ref < T &> 1/A|$t[
{ [+qB^6I+P%
typedef T & reference; l=47#zbpZ]
} ; sRflabl *x
2>m"CG
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ;6`7
\
1{G@'#(
template < typename T > k.\4<}
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 4Td)1~zc3
{ !)(To
return l(t) = r(t); ,t39~w
} Sb`SJ):x
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。 fdgjTX
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 [o.#$(
X&A2:A 6\+
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 F`.W 9H3
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: BfQ#5
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象
&0OH:P%
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 B.#-@
最后的布局是: >bg{
Add vhN6_XD
/ \ .GvZv>
Divide 5 {T3wOi
/ \ 3(1UIu
_1 3 4hW:c0
似乎一切都解决了?不。 tD]vx`0>
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 W 2A!BaH%
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 5?TX.h9B4
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: )9+H[
E>F6!qYm
template < typename Right > H`7T;`Yb
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const UFeQ%oRa8
Right & rt) const 0kaMYV?
{ ^j<2s"S
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); }p*WH$!~
} M+7jJ?n
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 hO(A_Bw
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。 ZC)m&V1
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。 +>:[irf
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。 (lvp-<*
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。 _SQ]\Z
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? $Y%,?>AL<
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: 3H%bbFy
v5.KCc}"
template < class Action > 5E2T*EXSh
class picker : public Action * K0aR!
{ f_IsY+@
public : f5'vjWJ30
picker( const Action & act) : Action(act) {} :* J!
// all the operator overloaded hjp,v)#
} ; #YSFiy:+r_
<M\#7.](
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 3*eS<n[uG
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: E-#C#B
b3q&CJ4|
template < typename Right > %\!@$]3q
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const o1[[!~8e
{ HyIyrU rYW
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); I1JF2 "{c
} mA5sK?W
\Lm`jU(:l
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 7 M$cIWe$
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。 M?I^`6IOc8
{ApjOIxk
template < typename T > struct picker_maker qrcir-+
{ V|pO";%>,
typedef picker < constant_t < T > > result; Q=^TKsu
} ; #X0Y8:vj
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Om2w+yU
{ 66scBi_d
typedef picker < T > result; ~FnY'F<35
} ; ;V84Dy#b
`dIwBfg_
下面总的结构就有了: aX.//T:':?
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。 tQ`|MO&o
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。 ,jeC7-tX
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 (Z Q?1Qxo
至此链式操作完美实现。 RHmT$^=
c=p!2jJ1K~
LVJn2t^
七. 问题3 VhU,("&pm
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 &,$N|$yK}|
@E=77Jn[px
template < typename T1, typename T2 > Jl ?_GX}ZY
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const %t]{C06w+{
{ "MyMByomQ
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); iXqRX';F'}
} VBK |*Tl
V/yj.aA*@
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: Sea6xGdq
fiLlOr%r
template < typename T1, typename T2 > Bx|h)e9
struct result_2 JG{`tTu
{ [$Jsel<T=
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 0m4'm<2m
} ; ^O&&QR