一. 什么是Lambda S}}L&
_
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Acl?w }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, <aRsogu"P
+U^H`\EUr
V/dL-;W;
^VOA69n>$
class filler tbm/gOBw
{ YLU.]UC
public : *~%QXNn`
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} @?/> $
} ; *ujJpJZ2
E=&":I6O
={k_
(8]
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: ]*&`J4i
G)8H9EV
]ME2V
.`TDpi9OB
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); mr[+\
5
yBYZ? gc
PHh4ZFl]_I
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 G|eJac>
p?H2W-
nYE''g+x
F5s`AjU
二. 战前分析 mJYG k_ua
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。 "IA:,j.#g
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 tm|YUat$]r
:={rPj-nU
6-t:eo9
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 9H%dK^C
/* --------------------------------------------- */ 6=3;(2u[C"
vector < int *> vp( 10 ); DPM4v7 S
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); iQ8T3cC+
/* --------------------------------------------- */ sz@Y$<o
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); c*DBa]u2
/* --------------------------------------------- */ u$Ty|NBjn
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 6Q~(ibKx
/* --------------------------------------------- */ KGP *G
BZr
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); LKsK!X
/* --------------------------------------------- */ m+ =L}[
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); =>Q$S
h{/lW#[
mFx\[S
R\Of ,
看了之后,我们可以思考一些问题: pkEx.R)
1._1, _2是什么? Y$<p_X,
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。 QnH;+k
ln
2._1 = 1是在做什么? pzFM#
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。 o56UlN
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。 iu.$P-s
Zk<Y+!
8k9q@FSln
三. 动工
0 ~^l*
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ]uZaj?%J<
Dk#4^`qp1
pdq5EUdS
m;oCi}fL
template < typename T > ]wHXrB8vx
class assignment QqCwyK0
{ Z1N=tL
T value; & oj$h
public : kj]m@mS[
assignment( const T & v) : value(v) {} du>d ?
template < typename T2 > 2"pFAQBw~i
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } tBtmqxx
} ; #V U>Z|$@N
3,dIW*<**
g..&x]aS(
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 qE@H~&
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment #``Alh8
g=Bge)
y*vg9`$k
Y5R|)x
class holder rvRIKc|}l
{ {Z_?7J&z
public : 9|x{z
template < typename T > * amZ
assignment < T > operator = ( const T & t) const "YoFUfaNg
{ Z11I1)%s
return assignment < T > (t); :)j& t>aP
} +OeoA{-W
} ; ' )~G2Ys
jm&PGZ#n=R
Z,:}H6Mj9
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: #]}]ZE
B]wfDUG
static holder _1; dz,4);Mg
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 1pJ?YV
5$%CRm
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ~^v*f
而不用手动写一个函数对象。 / 0y5/
a'|/=$
n|Gw?@CU7
&]jCoBj+_
四. 问题分析 <qjolMO`
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。 '~n=<Y
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。 8ps1Q2|
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 >d<tcaB
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 <hB~|a<#
下面我们可以对这几个问题进行分析。 G`R_kg9$
l*]nvd_
五. 问题1:一致性 3}x6IM2
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?| sHm:G_
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 PmlQW!gfBi
4R28S]Gb
struct holder B/gI~e0
{ :r+F95e
// J 7]LMw7
template < typename T > K?gO]T{6
T & operator ()( const T & r) const Z/+H
{ 4\iy{1{E,C
return (T & )r; a
@i?E0Fr
} n{E9p3i
} ; CooOBk
F0tx.]uS
这样的话assignment也必须相应改动: oRQ(l I>
m:5x"o7)ln
template < typename Left, typename Right > ^y2}C$1V
class assignment _GsHT\
{ tW=oAy
Left l; KDu~,P]
Right r; *#;
public : <59G
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ^#&PTq>
template < typename T2 > j38>5DM6L
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } !DZ4C.
} ; T~)zgu%q_
~5
e
1&
同时,holder的operator=也需要改动: q|S,^0cU
f1X]zk(=W
template < typename T > 2PQY+[jx
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const =e|
{ t[%ELHV
return assignment < holder, T > ( * this , t); 9}#9i^%}
} &n9srs
{IT;g9x
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。 31{)~8
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 VCc57Bo
iuHs.k<z
return l(rhs) = r; Z.3*sp0
yv
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。 $##LSTA
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: X,ok 3c4X
"xp>Vj
template < typename Tp > P;[>TCs ]8
class constant_t AN4(]_]
{ ;0;5+ J7
const Tp t; #r;uM+
public : e|Mw9DIW
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} $X]Z-RCK3
template < typename T > cPg$*,]
const Tp & operator ()( const T & r) const 7&*d]#&~j
{ k*o>ZpjNH
return t; w02t9vz
} _0!<iN L
} ; vlx\hJ<I
d1hXzJs
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 "j% L* J)
下面就可以修改holder的operator=了 aKk0kC
A}z1~Z+
template < typename T > oPC
qv
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const G:Cgq\+R
{
!AFii:#
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 4 ky/a1y-
} Fu"@)xw/-q
kd+tD!:F(
同时也要修改assignment的operator() *}Nh7>d(
mFJb9,
template < typename T2 > :B1a2Y^"
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } S<nbNSu6+
现在代码看起来就很一致了。 ah|`),o(k
zJT,Hv .
六. 问题2:链式操作 Qm2(Z8Gh
现在让我们来看看如何处理链式操作。 <hzuPi@
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。 A]AM|2 D
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。 y>|AX/n
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。 06fs,!Q@
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct w$FN(BfA
>&l{_b\k
template < typename T > K])|
V
struct result_1 0uO<7IW9
{ ky0,#ZOF
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; of>}fJ_p
} ; *kKdL
jWJ/gv~ $
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: ]]lM)
SCKpW#2dP{
template < typename T > 73tWeZ8rvx
struct ref NK|m7(
{ HQtUNtZ
typedef T & reference; o!}/&
'(
} ; r!HB""w
template < typename T > Uiu9o]n
struct ref < T &> ?&se]\
{ kq=tL@W`0}
typedef T & reference; Eumdv#Qg
} ; DY!mq91
[nG[@)G~0M
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: $-;x8O]u
A3mS Sc6
template < typename T > kG|pM54:^
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const oLz9mqp2%
{ uc-Go
6W
return l(t) = r(t); "i/3m'<2
} s&~.";b
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。 OCYC
Dn
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ybgAyJ{J<
AAld2"r
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 j aq/]I7
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ljRR{HOl
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 NZ?| #53
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 .47tj`L
最后的布局是: 4Q
FX
Add .Wq"
/ \ ~L=Idt!9
Divide 5 jj*e.t:F
/ \ M}W};~V2ng
_1 3 tx{tIw^2;
似乎一切都解决了?不。 i=8){GX4
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。 `-[+(+["
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。 LTt|"D
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: 1$adX
+)7Yqh#$
template < typename Right > 7{:g|dX
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 5N4[hQrVJ
Right & rt) const w-(^w9_e
{ Zfn390 _
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 'P5|[du+
} 7]6HXR @
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ^7&0Pm
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。 yyVv@
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。 'hw_ew
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。 JdW:%,sv
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。 60St99@O
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? Ro oem dCM
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: "JCvsCe
Al(u|LbQ
template < class Action > \qh
-fW; #
class picker : public Action
.4-I^W"1
{ FI|@=l;_
public : zO07X*Bw
picker( const Action & act) : Action(act) {} (6Sf#M
// all the operator overloaded 9Ucn
6[W
} ; MOEB{~v`;
HJ,sZ4*]]
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。 $S0eERga
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: ooPH [p
$6]7>:8mz
template < typename Right > N}2xt)JZz
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Fl^}tC
{ Y8yRQz u
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 4? a!6
} 2!^[x~t
`X7ns?
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > (iZE}qf7g
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。 X@ Gm:6
I=3e@aTZ,
template < typename T > struct picker_maker ;qF#!Kb5
{ (~>L \]!
typedef picker < constant_t < T > > result; j!H\hj/]
} ; `y!6(xI
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > t"@:a
Y"
{ _,M:"3;Z
typedef picker < T > result; #j{!&4M
} ; H.ZmLB
,~_)Cf#CB
下面总的结构就有了: cn4CK.?
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。 G;%Pf9o26
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。 6T_Mk0Sf+
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 l&d 6G0
至此链式操作完美实现。 g(0
|p6R
$LF
=*YK6
七. 问题3 K"sfN~@rT[
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 n_n0Q}du
hC.7Z]
template < typename T1, typename T2 > <E|K<}W#
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const +{j? +4(B
{ 43;@m}|7$
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); _r}oYs%1
} @: ~O
f*g>~!
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: kxg]sr"
'`Smg3T!~S
template < typename T1, typename T2 > wO y1i/oj
struct result_2 y^ gazr"
{ k]Y#-Q1p~
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ul e]eRAG
} ; F%Lniv/N
e_wz8]K)n
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? u|=G#y;3
这个差事就留给了holder自己。 C'hI{4@P
_|ucC$*
WRJ+l_81
template < int Order >
0O>8DX
class holder; Xz=MM0o
template <> w49Wl>M
class holder < 1 > 8E /]k\
{ SrN;S kS
public : Es kh=xA {
template < typename T > ZpHT2-baVe
struct result_1 dy jzF`H
{ W&]grG2/
typedef T & result; W9?Yzl
} ; <4y1[/S
template < typename T1, typename T2 > -0Q:0wU
struct result_2 0:**uion
{ :XMw="u=
typedef T1 & result; <v"C`cga
} ; Wx&AY"J
template < typename T > p1HU2APFP
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const !UD62yw~
{ zVs_|x="
return (T & )r; Hi{c[;
} )@3ce'
template < typename T1, typename T2 > QJo)
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const Xu$xO(
{ #Xri%&~
return (T1 & )r1; ke~O+]
} jz|zq\Eek
} ; \qAMs^1-
`"M=Z Vk
template <> A==P?,RG
class holder < 2 > >#R<