一. 什么是Lambda BQ#L+9%
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 .~mCXz<x
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, fu]N""~
Uf$i3
c!wtf,F
3n48 %5
class filler K)N 0,Qwu
{ z<&m*0WYA
public : K5k?H
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Z<"K_bj
} ; A'-_TFwW
j *3}1L4P
/k6fLn2;
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: DDeE(E
n7l%gA*
qSD9P ue
T3 pdx~66
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 926Tl
GoE
'L
J/ W{/E>;
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Qh`:<KI
1RqgMMJL
>/^#Drwb!i
X_?97iXjx
二. 战前分析 #YK5WTn5
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 H{(]9{
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 50~K,Jx6B
'C>U=cE7
;>"nn
VW
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); + WDq=S
/* --------------------------------------------- */ Qe$k3!
vector < int *> vp( 10 ); e3m*i}K}
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ;[$n=VX`
/* --------------------------------------------- */ ^^Jnv{)
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); A6"Hk0Hf
/* --------------------------------------------- */ :}q\tNY<
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); H0*,8i5I
/* --------------------------------------------- */ *xs!5|n+
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); HY}j!X
/* --------------------------------------------- */ .$rC0<G[K
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Hs(D/&6%
ofdZ1F
+: Ge_-
,^s
看了之后,我们可以思考一些问题: mDMt5(.
1._1, _2是什么? +8P,s[0<R_
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。 ]$iN#d|ZU
2._1 = 1是在做什么? vK'?:}~
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 1yqoA*
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 0t.p1
)@g;j>
.p6+l!"
三. 动工 <G3&z#]#4
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: X" R<J#4
":;@Hnb/
fP-|+TyO
^y_fRP~
template < typename T > V6a``i]
class assignment pw020}`
{ t-e5ld~a
T value; MtmOUI&'
public : (M-ZQ
-
assignment( const T & v) : value(v) {} v90T{1+M|4
template < typename T2 > h#}YKWL
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } %Kb9tHg
} ; e;95a
rjWLMbd.<
x;E2~&E
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 8\ha@&p
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment {U!uVQC'
yubSj*
h5zVGr
E@)\Lc~
class holder -7]Xjb5
{ W0`Gc
{
public : ]dPZ .r
template < typename T > 9ptFG]lZ
assignment < T > operator = ( const T & t) const 8cg`7(a
{ b3$k9dmxV+
return assignment < T > (t); c9Es%@]
} b3qc_
} ; E_ucab-Fi
adEJk
v Y|!
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: 72db[
[THG4582oB
static holder _1; VDEv>u4
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 [Gr*,nVvB
f6=w3RS
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); XR+3j/zEQ
而不用手动写一个函数对象。 o@E/r.uK
,K9f_bv
ni CE\B~
/FY2vDfU6
四. 问题分析 ,5k-.Md>2*
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。 Yn51U6_S
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。 ekSY~z=/u
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 N1EezC'^
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 =H]F`[B=
下面我们可以对这几个问题进行分析。 nY?
9L eNe}9v
五. 问题1:一致性 zri}
h/{
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?| PFSLyV*
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 h+7># *DH
rx~[Zs+*
struct holder tOdT[&
{ p
QE)p
// /ci]}`'ws
template < typename T > i^Ut015q%
T & operator ()( const T & r) const mPZGA\
{ =ZYThfAEw
return (T & )r; V-O(U*]
} =Ov7C[(
} ; pNaiXu3
KlxN~/gyik
这样的话assignment也必须相应改动: 7G2PMe;$m
3SG?W_
template < typename Left, typename Right > *U7%|wd
class assignment 3-Bl
{ YZ}cB
Left l; K\!#4>yd
Right r; C*Vd -U
public : l)8&Ip
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} <+`(\
template < typename T2 > ,i}|5ozj4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } \|=mD}N
} ; n$+M%}/f
Jn}n*t3
同时,holder的operator=也需要改动: dJ3IUe
{[G`Z9]z&-
template < typename T > $K}.
+`vVO
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ('k<XOi
{ @M;(K<%h
return assignment < holder, T > ( * this , t); [uuj?Rbd
} s'I)A^i+
V-W'RunnW
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ?H|T&66
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 2OBfHO~D
s&PM,BFf
return l(rhs) = r; |w&~g9
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 uGtV}-t:
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 93%{scrm
<-C!;Ce{
template < typename Tp > BNm4k7
]M
class constant_t 7ETjn)%bs
{ GuQRn
const Tp t; %uDG75KP{
public : Gm8E<iTP
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} pK_?}~
template < typename T > 9(1rh9`=
const Tp & operator ()( const T & r) const #*$p-I=
{
!rL<5L
return t; kEN#u
} %CH6lY=lI
} ; ]?l{j
O12Q8Oj!0
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 @"87F{!
下面就可以修改holder的operator=了 *YV
S|6bs
fv'4f$U
template < typename T > 85Y|CN] vQ
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const X)Gp7k1w
{ Ww9;UP'G
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); j
BS4vvX?
} %e%7oqR?
_^!vCa7f
同时也要修改assignment的operator() Opg#*w%-
[=M%
template < typename T2 > |7F*MP
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } K'b*A$5o
现在代码看起来就很一致了。 L4'[XcY
[Eq<":)
六. 问题2:链式操作 d"<F!?8
现在让我们来看看如何处理链式操作。 [s6C
ZcL
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 7!4V>O8@
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 >.%4~\U
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 Epjff@7A
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct @PkJY
vs9?+3
template < typename T > Lk,+Tfk"
struct result_1 MgJ5B(c
{ ]#eh&jw
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; [/9(NUf
} ; 8e:vWgQpL
/'&;Q7!)
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: pO/%N94s
a5c'V
template < typename T > nfE@R."A
struct ref _n O.-
{ WStnzVe
typedef T & reference; T 1Cs>#)
} ; M}FWBs'*|
template < typename T > 05e>\}{0
struct ref < T &> Wr%7~y*K
{ I48VNX
typedef T & reference; ,@CfVQz
} ; LJuW${Y
8C&x MA^
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 9C}qVoNu
{U @3yB
template < typename T > &"S/Lt
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ?l6jG
{ aC\4}i<
return l(t) = r(t); NB)t7/Us
} :=!Mh}i
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。 g:~+Pe
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 TipHV;|e
Z7#7N wy4
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 Os&1..$Nb
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是:
H!eh
J$[
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 -Zy)5NB-tZ
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 o:\XRPB
最后的布局是: x-Z^Q C
Add 9D_wG\g
/ \ /tKGwX]y
Divide 5 _/x&<,3
/ \ 9M2f!kJP$
_1 3 v*TeTA
%
似乎一切都解决了?不。 G}Z4g
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。 h_ ZX/k
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。 avNLV
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: PdE>@0X?M
7'j9rmTXs
template < typename Right > !#}>Hv^N
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ;93KG4a
Right & rt) const 6Z c)0I'
{ lo:~aJ8
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); CT"Fk'B'
} z,Xk\@
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 5si}i'in
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。 7'.s7&
'7
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。 %C*^:\y
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。 gGbI3^r#
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。 PrnrXl
S
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? n`<S&KP|
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: eV;me>,
G11cNr>*
template < class Action > 2ksA.,UB^9
class picker : public Action )Vk:YL++
{ qi\n] I
public : rO^xz7K^
picker( const Action & act) : Action(act) {} 2%YXc|gGT
// all the operator overloaded DrS?=C@
} ; I: U$
$c=&0yt5
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。 oyvtZ/@
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: mxL;;-
TzF0/T!
template < typename Right > *.8:'F
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const *8-p7,D
{ otnV-7)@
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 0vckoE
} _S5gcPcF"
!;WbOnLP
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > -1m vhR~
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。 d}% (jJ(I
`o-*Tr
template < typename T > struct picker_maker 6\`DlUn'*
{ .mt^m
typedef picker < constant_t < T > > result; }su6izx
} ; s=/^lOOO
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > rw*M&qg!z
{ t-EV h~D1p
typedef picker < T > result; B$7[8h
} ; ZKQo#!}
yBe(^ n
下面总的结构就有了: f\'G`4e
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。 `.8-cz
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。 t|=n1\=?
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 2IzfP;V?
至此链式操作完美实现。 $jcz?vH
k~|ZO/X@l%
cG(0q[
七. 问题3 Rp4FXR jC
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 gMay
9:\A7 =
template < typename T1, typename T2 > DpNX66O
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const O3xz|&xY&
{ m)k-uWc$C
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); I}%mfojC
} }K;iJ~kD1
L8Dm9}
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: 3N3*`?5c<
\E&th p
template < typename T1, typename T2 > JP%RTGu
struct result_2 jrcc
{ Rk{$S"8S_
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; T>5wQYh$'
} ; lb95!.av+I
)<Ob
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? |VYr=hjo
这个差事就留给了holder自己。 I1v@\Rb
NYwGK|
w(#:PsMo<
template < int Order > GZ,j?@
class holder; )u
Qvt-
template <> ChVY
Vx(
class holder < 1 > i6A$1(:h
{ oVreP
public : 8xgc[#
template < typename T > !xH,y
struct result_1 n4R]+&*
{ b<\G I7
typedef T & result; M;PlSb
} ; ~QO<
B2hS}
template < typename T1, typename T2 > .Nk6
struct result_2 *V<)p%l.
{ 3l+|&q[v
typedef T1 & result; WS5"!vz
} ; -BjEL;
template < typename T > /rOnm=P+Q
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const Y`q!V=
{ d}pGeU'
return (T & )r; d4V 2[TX
} "d:.*2Z2
template < typename T1, typename T2 > P 4H*jy@?
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const `43vxcMg
{ e00RT1L
return (T1 & )r1; bsMC#xT
} |&(H^<+Xp
} ; VAt>ji7c
TftOYY.hQ
template <> i(z+a6^@|
class holder < 2 > iPz1eUj
{ R'r|E_
public : z(jU|va{_1
template < typename T > 9M;I$_U`vj
struct result_1 {#0Tl
{ % hNn%Oy:E
typedef T & result; Jfe~ ,cI
} ; C\J@fpH(t`
template < typename T1, typename T2 > #'#4hJ*YC
struct result_2 Vj29L?3
{ [KD}U-(Wg
typedef T2 & result; M Ey1~h/
} ; rrbZ+*U
template < typename T > Re7{[*Q4
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const +6uOg,;
{ }@3$)L%n_u
return (T & )r; :^K~t!@
} %odw+PhO
template < typename T1, typename T2 > xL|?(pQ/BK
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const E8+8{
#f;
{ vsjM3=
return (T2 & )r2; gp%tMTI1
} Q4#\{" N!
} ; #T
Z!#,q
7%W!k zp>
zkH<aLRB
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> >。 EWSr@}2j
.
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: 7jhl0
首先 assignment::operator(int, int)被调用: T3 =)F%
o:h)~[n|
return l(i, j) = r(i, j); byp.V_a}/
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) 69N1 mP
)0'Y et}
return ( int & )i; >h|UC J1
`
return ( int & )j; fQ^h{n
最后执行i = j; imC&pPBB/G
可见,参数被正确的选择了。 DrW/KU,{+(
LPsh?Ca?N
%L.lkRs
_P>1`IR
l)|z2H
八. 中期总结 !d/`[9jY
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: <Wp`[S]r
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 9Y;}JVS
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 y>?k<