一. 什么是Lambda +nm?+F
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 1^^9'/
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, 6[SE*/E@L
dBM> ;S;v
8w L%(p
xe9V'wICp(
class filler JF-ew"o<E
{ Ph/!a6y
public : #SIIhpjA(
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} H*V Z&{\7
} ; cH{[\F"Eb
1-:{&!
Nx^r&pr
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: $hE,BeQ
X9/]<Y<!
(5R_q.Wu
8V(-S,
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); |"o/GUI~
J~(M%]
&k^
a+#Aitd
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 mmx;Vt$i
8 CN~o|uN
3 V{&o,6
#(f- cK
二. 战前分析 mCQn '{)
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。 XTPf~Te,=
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 YDoVm?
ac< hz0
z4iZE*ZS
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); V1!;Hvm]+
/* --------------------------------------------- */ $ ";NS6 1
vector < int *> vp( 10 ); %X>P+6<=
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); /%9CR'%*c
/* --------------------------------------------- */ ?K/N{GK%{
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); jg+q{ ^
/* --------------------------------------------- */ Md(h-wYr
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); R#w9%+
/* --------------------------------------------- */ 'H.,S_v1x
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); "+GKU)
/* --------------------------------------------- */ .GH#`j
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ^,WXvOy
NP< {WL#
/C"?Y'
oNK-^N?-T
看了之后,我们可以思考一些问题: O~=|6#c
1._1, _2是什么? UYW{AG2C
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。 [H&Z /.{F
2._1 = 1是在做什么? #mvOhu
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。 Q\k|pg?
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。 B9Y*'hmI
_8eN^oc%
'vV|un(6
三. 动工 0b~{l;
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: [23F0-p
@h$4M t7N
6l|,J`G
%tC3@S
template < typename T > LA%t'n h
class assignment UxS@]YC
{ uiEAi
T value; 9u2Mra
public : j\9v1O!T
assignment( const T & v) : value(v) {} ^KO=8m( )J
template < typename T2 > ,OilGTQ#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 5(V'<
} ; e"]*^Q
[sF
z ;Py]
}W)c-91
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 |wYOO(!
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment { :m%n-
9u&q{I
K)!Nf.r$9
C%)Xz
class holder Ebk_(Py\
{ M^twD*
public : gk.c"$2
template < typename T > JDA :)[;
assignment < T > operator = ( const T & t) const
Y o$NE
{ K9 tuiD+j
return assignment < T > (t); 7[}K 2.W.
} }q~M$
} ; O?I~XM'S
XKEd~2h<y
FBCi,_
\4
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: 4LfD{-_uW
z%cpV{Nu
static holder _1; X\dPQwasM
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 00d<V:Aoy
2G9sKg,kL
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ^Cm9[1p
而不用手动写一个函数对象。 hQT
p&
OB{d^e}
?9)-?tZ^Q
J4Tc q
四. 问题分析 ^3B&E^R
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。 cGVIO"(VP
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。 )`sEdVxbr
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 r?l7_aBv3
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 &1:_+
下面我们可以对这几个问题进行分析。 `?H yDny
5[py{Gq
五. 问题1:一致性 [-$ :XOO
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?| 3~mi
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 +oT/ v3,
2zz7/]?Q
struct holder [A.ix}3mm
{ 3wQUNv0z
// +mgmC_Q(0
template < typename T > gq^j-!Q)Q<
T & operator ()( const T & r) const >)&]Ss5J
{ _7#9nJ3|
return (T & )r; aU)NbESu
} S?M'JoYy
} ; 5ZX P$.
zP8a=Iv
这样的话assignment也必须相应改动: a->;K+
\.`;p
template < typename Left, typename Right > Nzo;j0 [
class assignment 4zRz U
{ Lcx)wof
Left l; K>tubLYh
Right r; _Prh&Q1zs
public : 8{t^< j$n
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} jOYa}jm?
template < typename T2 > FKX+
z
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } j!It1B
} ; %l#i9$s
$hn=MOMc
同时,holder的operator=也需要改动: G=.vo3
!6R;fD#^s
template < typename T > +4N7 _Y
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const #%;QcDXRe
{ &7i o/d\/
return assignment < holder, T > ( * this , t); *u i!|;
} gyz#:z$p^
3u)NkS=
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。 w=ib@_:f
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 _DlX F
xe~lV
return l(rhs) = r; co93}A,k
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。 JBYmy_Su
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: g?e$B}%
@Nm; lZK
template < typename Tp > pn:) Rq0
class constant_t ]d4`PXI
{ YT*_
vmJV
const Tp t; \I@hDMqv
public : J|uxn<E<>
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} $j+RUelFY
template < typename T > 6/%dD DU
const Tp & operator ()( const T & r) const V>$A\AWw
{ a'[Ah2}3r<
return t; e2~$=f-
} R;G"LT
} ; o#D;H[' A
IzuYkl}
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 r@O5{V
下面就可以修改holder的operator=了 un)YK
SH009@l_8
template < typename T > 2ncD,@ij
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const .~nk'm
{ 1I=>0c
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); &}:]uC
} Ug VLHwkvk
RjcU0$Hi
同时也要修改assignment的operator() V1P]mUs{1
+2KYtyI
template < typename T2 > tFi'RRZ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 5~pQ$-
现在代码看起来就很一致了。 Xxz_h*
U
'$W$()p
六. 问题2:链式操作 '4"9f]:
现在让我们来看看如何处理链式操作。 '{[n,xeR
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 y[C++Q
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 I1a>w=x!+
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 |=o)|z2
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct -->~<o
MXsCm(
template < typename T > -lb,0
struct result_1 +sW;p?K7eO
{ I<``d Ne9Q
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ]UMt
} ; =(3Yj[>st
Sb/`a~q^
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: k6}M7&nY
mRNA ,*
template < typename T > Hdn%r<+c
struct ref jQ"z\}Wf
{ mnG\qsKNLK
typedef T & reference; \Fs+H,S<
} ; j@Ta\a-,x
template < typename T > Qvx[F:#Tk
struct ref < T &> "KiTjl`M,
{ , S
}
typedef T & reference; eXYf"hU,
} ; p9(|p Z
sU=7)*$
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: )@Vz,f\}
J-k/#A4o
template < typename T > >x3$Ld
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const P&=H<^yd
{ "8-;Dq'+
return l(t) = r(t); na4^>:r~
} n|M~C\*
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。 =-m"y~{>3
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Qf
.ASC
%FhUjHm
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 !P"@oJ/Yy_
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: [Nw%fuB
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 mWP1mc:M(
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 LK}*k/eG
最后的布局是: AhCqQ.O71
Add SqosJ}K
/ \ JnY.]:
Divide 5 DmA~Vj!a^y
/ \ (rE.ft5$9
_1 3 I)AbH<G{
似乎一切都解决了?不。 EW~M,+?
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。 GpZ}xY'|w,
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。 itn<