一. 什么是Lambda qdO^)uJJ
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 EMJio\
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, 1 5rE|m^
.KK"KO5k
:t9(T?2
H6e^"E
class filler <>2QDI6_
{ )3z.{.F
public :
31J7# S2
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} IKAF%0[R|j
} ; )lH?XpfTjm
5.5dB2w
w;{k\=W3Ff
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: zg|yW6l)9
9;JUc0%
"52wa<MVJ
pOw4H67
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); }]tSWVb*
0H;dA1
=XudL^GF
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ITq+Hk
R
Auv/w}zrr
m,]Tl;f
*)u_m h
二. 战前分析 AGOK%[[Ws
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。 }2DeqY
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 GTJ\APrH
C,jPr )6)
R)G'ILneV
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); LF{ qI?LG
/* --------------------------------------------- */ )pJ}o&J
vector < int *> vp( 10 ); ?MO'WB9+JR
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); NL2n\%n
/* --------------------------------------------- */ Zw"6-h4
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); M,y='*\M
/* --------------------------------------------- */ 213D{#2
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 );
s9O] tk
/* --------------------------------------------- */ H$\?D+xlf
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); hoSk
/* --------------------------------------------- */ s7T=/SC54
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 2yeq2v
<%) :'0q&
u%v^(9z
JEFW}M)UGv
看了之后,我们可以思考一些问题: 0#<_:E
1._1, _2是什么? EL~s90C
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。 ^<sX^V+{
2._1 = 1是在做什么? 2ZLK`^S
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。 x7{,4js
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。 N9{ivq|fO
$+*ZsIo
*GD 1[:
三. 动工 2NE/ZqREg
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: G|Q}.v
8> O'_6Joj
-c|O!Lc-
\^':(Gu4o
template < typename T > 7+=j]+O
class assignment Fd|:7NRA<
{ FKL}6W:
T value; "D@m/l
public : <2|x]b8
assignment( const T & v) : value(v) {} REFisH-
template < typename T2 > f\/};a
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 7_q"%xH
} ; (Grj_p6O
V@cRJ3ZF
z XVQLz5
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 @/|sOF;8W
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment *4A.R&Vu
`Gsh<.w!7
t*Lo;]P
9n@jK%m
class holder P`U5kNN
{ Xb|hP
public : X,T^(p
template < typename T > @LwhQ
assignment < T > operator = ( const T & t) const hhYo9jTHW
{ |a^ydwb
return assignment < T > (t); 7W}~c/ %
} 6jF~zI^
} ; kv `x
1F[;
)@
{n.g7S~
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: MZL~IX
/[{?zS{
static holder _1; mc9$"
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <-FZ-asem
8|yhe%-O
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); T5Pc2R
而不用手动写一个函数对象。 W,w g@2
|#!25qAT
P[gk9{sv
QC
]z--wu
四. 问题分析 w8>T ~Mv
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。 hkW"D<ii-
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。 T
0^U
]C
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 U0)(k}Q)
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ,QG,tf?
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Z/Mp=273
;&:UxmTf
五. 问题1:一致性 yfP&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?| yd>kJk^~/
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 N} Q,
lzm9ClkfH
struct holder b\^ Sz{
{ 9';0vrFeM
// ts9N$?0:V
template < typename T > *?\2Ohp
T & operator ()( const T & r) const _#N~$
{ n,xK7icYNQ
return (T & )r; Do2y7,jv
} S"N@.n[
} ; Q^0K8>G^
c}rRNS$F
这样的话assignment也必须相应改动: D:.^]o[
-AcQ_dS
template < typename Left, typename Right > C"0gAN
class assignment bS0^AVA
{ Zsf<)Vx
Left l; /B}]{bcp$
Right r; Fb-NG.Z#
public : *sL'6"#Cre
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} +.>O%pNj
template < typename T2 > H<1C5-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } :()4eK/\
} ; >1joCG~
45ct*w
同时,holder的operator=也需要改动: p&ow\AO
P#EqeO
template < typename T > `o:)PTQNg
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const $ g1p!
{ JTz1M~
return assignment < holder, T > ( * this , t); gvsS:4N"Nq
} %iJ6;V4
r-[z!S
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。 (<8T*Xo
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 )FU4i N)ei
R@"N{ [9
return l(rhs) = r; ]~a!O
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。 HjV^6oP
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: hXMC!~Th
EaP#~x
template < typename Tp > +S3'ms
class constant_t %81tVhg
{ ;gW~+hW ^
const Tp t; {P = {)
public : ybYSz@7
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} MTLcLmdO
template < typename T > .h7b 4J
const Tp & operator ()( const T & r) const sav2 .w
{ CTPn'P=\C
return t; n,AN&BZ
} -$T5@
} ; :mg#&MZj<
Dvx"4EA{7{
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 A= ,q&
下面就可以修改holder的operator=了 K-vso4@BJ
x/9`2X`~
template < typename T > - MBK/
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const kdWi!Hp
{ 4|Y0$(6o
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); TFM}P
} "KFCA9u-
<@zOdW|{:
同时也要修改assignment的operator() nLQ X?:
y()#FRp7
template < typename T2 > HP?e?3.T
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } A:p0p^*
现在代码看起来就很一致了。 /&kTVuN"(
,'ndQ{\9
六. 问题2:链式操作 XeZv%` ?
现在让我们来看看如何处理链式操作。 PE4{;|a }
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。 [{Y$]3?}
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 KNK0w 5
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 @j^qT-0M
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 1TbKnmTx
|
C2k(
template < typename T > xt3IR0
struct result_1 6\E |`
{ pq4+n'uO
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Y
%<B, 3
} ; _~_Hup
_ H@pYMNH
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: H M76%9!
y"){?
template < typename T > 3$y]#L
struct ref 6QxLHQA
{ moc_}(
typedef T & reference; NtA}I)'SWU
} ; lhxhAe
template < typename T > sL!6-[N
struct ref < T &> rc;| ,\
{ _$, .NK,6
typedef T & reference; $'&`k,a3|P
} ; bBDgyFSI<
Rf8|-G-}#
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: H5qa7JMZ
&Nec(q<
template < typename T > QDgOprha
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const _`;6'}]s
{ 3Um\?fj>}(
return l(t) = r(t);
o>W}1_
} ,:,c
kul
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 6X'RCJu%
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 0J_Np
40 :YJ_n
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 Q)Ppx 7)
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: KIuYWr7&
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 rW1>t+
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 \!631FcQ
最后的布局是:
3g5i5 G\
Add qed;
UyN
/ \ =Qz8"rt#
Divide 5 f[dwu39k
/ \ ]Mtb~^joG
_1 3 5))?,YkrrI
似乎一切都解决了?不。 |5Z@7
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 no; Yu
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 9|OQHy
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ^:DlrI$
P}aJvFlmP
template < typename Right > T!/$@]%\7
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const =fRP9`y
Right & rt) const y`\/eX
{
xXHz)w
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); }uZhoA
} Q[g%((DL
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ;((gmg7,
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 ;jnnCXp>
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 [#14atv
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 Kj'm<]u
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 Rfgc^ 3:j
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? VJ1si0vWtq
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: ){gO b
(hmasy6hM
template < class Action > &5zUk++
class picker : public Action )"f>cYF
{ Q&n|tQ*4
public : v
7Pv&|
picker( const Action & act) : Action(act) {} ,Cx5(
~kU
// all the operator overloaded ;rk}\M$+
} ; /'ybl^Km
(*hA0&n
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。 C#vh2'
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: FUHa"$Bg
jMd's|#OP
template < typename Right > v&uIxFCR
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const JRl8S
{ [*50Ng>P`
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); v[HxO?x^
} .8wR;^
A
#ZaXu/:X
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > "\>
<UJ
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 )Hw;{5p@
hBN!!a|l
template < typename T > struct picker_maker ~L 4"t_-
{ qQVqS7 t
typedef picker < constant_t < T > > result; AbfLV942
} ; Url8Z\;aM
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > }3N8EmS
{ `uGX/yQ#=
typedef picker < T > result; A0&~U0*(~
} ; V+(
&_!BMzp4
下面总的结构就有了: >~XX'}
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 '+-R 7#
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 :Z`4ea"w
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 U,g!KN3P
至此链式操作完美实现。 @ZT25CD
+mAMCM2N
}g(aZ
七. 问题3 ?#]c{Tlpz
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 >5]Xl*{H)
I ][8[UZ
template < typename T1, typename T2 > {V:?r
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const b_][Jye&P
{ s{A-K5S
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ^\_`0%`>
} Npq=jlj
]c$%;!ZE
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: xazh8X0P
zwAuF%U
template < typename T1, typename T2 > YS~\Gls%
struct result_2 7b
Gzun&
{ .R:eN&Y8y
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; l`,`N+FG
} ; r+
vtKb
if_e$,dh~>
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? >,1'[)_
这个差事就留给了holder自己。 d9sgk3K
WhK?>u
!.p!
template < int Order > @Z.Ne:*J
class holder; J'2R-CI,
template <> ZZlR:D
class holder < 1 > :B"'49Q`
{ Cr(pN[,
public :
i 0L7`TB
template < typename T > Zwq
uS9
struct result_1 8l)l9;4 6
{ $aGK8%.O
typedef T & result; 5%G++oLXf
} ; }H^# }
template < typename T1, typename T2 > =U@*adgw
struct result_2 5X~ko>
{ a^sR?.+3
typedef T1 & result; z<@$$Z=0UF
} ; i*2z7M Y
template < typename T > WgY\m&
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const -3KB:K<
{ rhL<JTS
return (T & )r; nPv2: x
} R[#5E|` `9
template < typename T1, typename T2 > \ iP[iE=
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const zBc7bbK
{ hvpn=0@M
return (T1 & )r1; P,wFib^1
} XY%8yII6
} ; 85s{;3
XFBk:~}sI
template <> oWJ}]ip
class holder < 2 > ifBJ$x(B.
{ 6aK%s{%3s
public : dQ^k-
template < typename T > 8vUP{f6 {
struct result_1 UayRT#}]
{ `knw1,qL"
typedef T & result; 9|#h )*
} ; f \4Qp
template < typename T1, typename T2 > wmoOp;C
struct result_2 \HH|{
{ ]Q,RVEtKp
typedef T2 & result; ~oaVH.[e=
} ; KY_qK)H
template < typename T > .h*&$c/l
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const I>P</TE7
{ ,lN!XP{M6w
return (T & )r; 8zpK;+
} v4Nb/Y
template < typename T1, typename T2 > o-x_[I|@
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const %X.Q\T
{ }1$8)zH
return (T2 & )r2; xds"n5
} +{#BQbx6
} ; Q'\jm=k
$G=\i>R.
_abVX#5<
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> >。 xr6Q5/p1
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: v}cm-_*v
首先 assignment::operator(int, int)被调用: heh!cDK
7&