一. 什么是Lambda N&M~0iw
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 `(3/$%
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, Pcw6!xH
A*um{E+
_vZ"4L+Iw+
!&"<oPjr+
class filler t
89!Ihk
{ Ovj^IjG-`
public : 4)("v-p
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} mVR P~:+
} ; *guoWPA|Ij
d20gf:@BM
ZfB"
E
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: YJo["Q
PP!SK2u"L
t1%_DPD%W
qs QNjt
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ,%)6jYHR w
T,VY.ep/
SGe^ogO"v
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 a|?4)
>hr{JJe
Iyyh!MVF
EbdfV-E
二. 战前分析 TsGE cxIg
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。 }6@pJG
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 $k2*[sn,
tuhA
9}E
M`l.t -ut
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); *q1% IJ
/* --------------------------------------------- */ <^lRUw
vector < int *> vp( 10 ); -k"^o!p
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); }|XtypbL
/* --------------------------------------------- */ u5Ftu?t
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); V?=8".GiX
/* --------------------------------------------- */ VL*ovD%-
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Et/&^&=\-
/* --------------------------------------------- */ a(0*um(
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); smry2*g
/* --------------------------------------------- */ iURk=*Z=
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Ck!VV2U#
+*hm-lv?
G;~V
Lg+G; W
看了之后,我们可以思考一些问题: UNkCL4N
1._1, _2是什么? l'TWkQ-
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 lHhUC16>
2._1 = 1是在做什么? z
d-Tv`L#
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。
EMfdBY5
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 n;:rf 7hGY
)kkhJI*v
R@`y>X GNJ
三. 动工 %!PM&zV
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 9t#S= DP
,Bal
3fh8$A
&w1P\4?G
template < typename T > yn/rW$
class assignment %,k][V
{ m2v'WY5u
T value; |\g5+fv9
public : uI DuGrt
assignment( const T & v) : value(v) {} Xt'sQ}
template < typename T2 > 1rDqa(7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } =%>oR
} ; 57g</p
aM$W*-Y
6MxKl
D7kl
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 f`&dQ,;
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment [ U wi
ryFxn|4
DmOyBtj
f0BdXsV#g
class holder ^J\~XYg{7
{ `8Lo {P
public : Z%n(O(^L
template < typename T > Vl2XDkhq
assignment < T > operator = ( const T & t) const )uqA(R>
{ Ey4z.s'-l
return assignment < T > (t); V@\%)J'g
} @`,1:
} ; Uv4`6>Ix
HO''&hz
[l8jRT=R
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 3hK#'."`N
wW/7F;54
static holder _1; P:N1#|g
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 0s>/mh;
Vb'7>
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Q;D0<Bv
而不用手动写一个函数对象。 //4Xq8y
'`Wwt.A
G2^et$<{uU
h)Ff2tX
四. 问题分析 !0dNQ[$82
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 w/IZDMBf|
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 Vo"RO$%ow*
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ^'ryNa;"
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 _BDK`D
下面我们可以对这几个问题进行分析。 +tD[9b!
m
wW%4d
五. 问题1:一致性 *tAg*$
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?| O1`9Y}G(r
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ?Sb8@S&J
"hdvHUz
struct holder zH*KYB
{ %zOh
// d%0~c'D8a
template < typename T > Ogp"u b 8
T & operator ()( const T & r) const \~5C7^_
{ YLVPAODY
return (T & )r; Y9`5G%
} A|@_}h"WG
} ; d` [HT``
gy;+_'.j
这样的话assignment也必须相应改动: :Pv*,qHE
+d%L\^?F
template < typename Left, typename Right > oy;K_9\
class assignment =2
*rA'im
{ Dxk+P!!K
Left l; B)QHM+[=F
Right r; p3}?fej&|
public : po}F6m8bX
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 6AWKLFMV
template < typename T2 > MW+b;0U`#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } A3ZY~s#Iv
} ; OGY"<YH6
chEn |>~
同时,holder的operator=也需要改动: A=j0On
.n=Z:*JqQ
template < typename T > s-S}i{Z!
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const %G?;!Lz
{ ;q1A*f\:#
return assignment < holder, T > ( * this , t); {Ions~cO)
} T_lsGu/
"jaJr5Wv=y
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。 mB\C?=_
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 MBXBog7U
~%2pp~1K
return l(rhs) = r; sIv)'
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-Xx
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 7^Yk`Z?|a
wm+})SOX9
template < typename Tp > Rtjqx6-B;
class constant_t I=!rbF;Z
{ l]]l
const Tp t; +GAf O0
public : "rAY.E]
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 3bNIZ#`|MB
template < typename T > VG>vn`x>a
const Tp & operator ()( const T & r) const Z,.G%"i3C
{ 5~yNqC
return t; x[Wwq=~
} 7jJbo]&
} ; ^`D=GF^tX
L.=w?%:H=
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 g5q$A9.Jl
下面就可以修改holder的operator=了 U-^[lWn[@4
> MH(0+B*
template < typename T > E~kG2x{a
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const $.:mai
{ W k}AmC
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); X.TI>90{
} Z,X'-7YkU
M+!x}$&v
同时也要修改assignment的operator() w%zRHf8C
:>81BuMvg
template < typename T2 > b,IocD6v;P
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } .{S8f#p9T
现在代码看起来就很一致了。 Tb1U^E:
wap3Kd>MP
六. 问题2:链式操作 8/"fWm/
现在让我们来看看如何处理链式操作。 q-Qxbg[>e
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。 P6Mhbmt9*
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。 wP/A^Rs
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。 Eaqca{%/^
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ?J,AB #+
j.:h5Y^N
template < typename T > _|''{kj(
struct result_1 'r\ V.4
{ WGAXIQ
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; "+uNmUUnm
} ; k'X;ruQ:tF
5%}wV,Y
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: j:bgR8%e
a1j.fA
template < typename T > _Zc%z@}
struct ref gf+d!c(/
{ iL7VFo:Q
typedef T & reference; bOI3^T
} ; T%Pp*1/m7
template < typename T > c
'\SfW<
struct ref < T &> jn.C|9/mj
{ @d&/?^dp6
typedef T & reference; j(#%tIv
} ; z* <y5
|p00j|k
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Yif*"oO
:h,`8 Di
template < typename T > ~3RC>8*Qw
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ]Zf6Yw .Y
{ mNYl@+:psj
return l(t) = r(t); 0L^u2HZYL
} \x>65;
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。 O3o: qly!
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 >ulY7~wUv
\b*X:3g*
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 N:"C+a(
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: `8\Ja$ =
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 /VHi>
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 H UWxPIu
最后的布局是: '!1$9o^$
Add t_ur&.^SB
/ \ A`6ra}U<
Divide 5 )$Z(|M4
/ \ P;]F=m+*V
_1 3 _DP|-bp D
似乎一切都解决了?不。 ~svO*o Wa
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 Vc3mp;6"
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 gX5&d\y
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: z{]?h cY
n+1y
template < typename Right > Qju`e Eo
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const V^il$'
Right & rt) const b.2J]6G
{ 3_5XHOdE
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); W0cgI9=9
} Bf4%G,o5
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 a1N!mQ^
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。 Wd(86idnc
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。 }vt%R.u
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。 efz&@|KR
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。 G&f7+e
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? lnbmo Hv
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: 'YSuQP>
;,OfJ'q^
template < class Action > %G3sjnI;l
class picker : public Action xeTgV&$@
{ kD.pzxEM
public : v$w++3H
picker( const Action & act) : Action(act) {} eUO9a~<
// all the operator overloaded Z%gx%$
} ; m|svQ-/j
R,@g7p
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。 ?HHzQ4w%{
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: 'q%%m/,VPQ
Ps R>V)L
template < typename Right > Cef:tdk7
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const #<CIFVH
{ BC\S/5~k
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); +1;'B4
} \.s`n2.w
,R wfp=*E
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > s.jO<{
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。 ,7d|O}B
o`r(`6@
template < typename T > struct picker_maker YTyX`Y#
{ v
vE\
typedef picker < constant_t < T > > result; `3iQZui
} ; 1x >iz
`A
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > %kU'hzLg
{ q9}m!*8e
typedef picker < T > result; eK`PxoTI-I
} ; `EMi0hm&H
*i<\iMoW
下面总的结构就有了: S-Ai3)t6
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。 Q1tpCT
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。 6/mF2&&g
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 2'{}<9
至此链式操作完美实现。 </E>tMW
Yr&Ka:
E,*&BDW
七. 问题3 aU<s<2O)
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。 &