一. 什么是Lambda w7&A0M
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ~6md !o%i
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, TIg3`Fon
B^}yo65I
{R{=+2K!|k
_Y m2/3!
class filler v4 E}D
{ j3ls3H&
public : 0jWVp-y
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 4E}Yt$|
} ; -m#)B~)
HTTCTR
lPAQ3t!,
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: `){.+S(5C
:\_ 5oVb
Qn2&nD%zi
buHJB*?9
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); \a3+rNdj
j.=
1rwPt
<9b&<K:
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 XL/u#EA0<
V>3X\)qu
XQw9~$
)0k53-h&
二. 战前分析 }c:M^Ff
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。 3Tm+g2w2V8
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 [dV L&k<P
bpa?C
<(! :$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); &5!8F(7
/* --------------------------------------------- */ ZS o)
vector < int *> vp( 10 ); ;q>ah!"k
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); o^wqFX(Y
/* --------------------------------------------- */ <wHP2|<l*
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); }Ou}+^Bc
/* --------------------------------------------- */ + LJ73
!
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); bW+:C5'
/* --------------------------------------------- */ "d}Gp9+$VY
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); GTxk%
/* --------------------------------------------- */ KqP#6^ _
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 4Wp=y
M869MDo
*qpSXmOz
M )(DZ}
看了之后,我们可以思考一些问题: Z4bNV?OH
1._1, _2是什么? bvOq5Q6
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。 +
>!;i6|
2._1 = 1是在做什么? b\,+f n
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。 y8xE
6i
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。 wb ;xRP"w
(**oRwr%
]eV8b*d6
三. 动工 K:WDl;8(d
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: -D:b*D
1{.9uw"2S
X5w$4Kj&4l
JlJ a
#
template < typename T > o5)<$P43
class assignment e+=K d+:k
{ iN.n8MN=I
T value; $<OD31T
public : z{r}~{{E
assignment( const T & v) : value(v) {} HK%7g
template < typename T2 > Pc]HP
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } y<.5xq5_3
} ; ez[Vm:2K
4mbBmQV$#
u$`a7Lp,n
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 lk =<A"^S
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment -F3-{E
EiaW1Cs
wdoR%b{M
qxJ\ye+'*
class holder dD@(z:5M\
{ J9 I:Q<;
public : YchH~m|
template < typename T > #rg6,.I)<
assignment < T > operator = ( const T & t) const {\\Tgs
{ U%/+B]6jP
return assignment < T > (t); '0,^6'VWOV
} f,Ghb~y
} ; !TcJ)0
bN=P*hdf
[PbOfxxgA
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: $Z>'Jp
7PF%76TO
static holder _1; OB}Ib]
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 8JUwf
4`=mu}Y2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); `qwBn=
而不用手动写一个函数对象。 y~HP>~Oh
=?`c=z3~i$
]]Ufas9
i{qgn%#}Y
四. 问题分析 Yoll?_k+
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。 x$(f7?s] 1
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 8a"%0d#
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 xe$_aBU
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ft
Wv~Eh
下面我们可以对这几个问题进行分析。 EB|}fz
@|T'0_'
五. 问题1:一致性 yaV|AB$v
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?| {(?4!rh
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 pmYHUj
#
!Xw5<J3L-
struct holder (C)p9-,
{ 3T0"" !Q
// eJ81-!)
template < typename T > f`66h M[
T & operator ()( const T & r) const 9(<@O%YU
{ z([</D?
return (T & )r; mXs; b
2r^
} Mrb)
} ; W=4FFl[
XRQ4\bMA8
这样的话assignment也必须相应改动: 1yY0dOoLG)
S`Rs82>
template < typename Left, typename Right > [=`q>|;pOv
class assignment 5Jnlz@P9
{ E&:,oG2M
Left l; <ZR9GlIr
Right r; \z}
Ic%Tp
public : oe~b}:
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} q-d:TMkc
template < typename T2 > ~flV`wy$$1
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } +[g,B1jt
} ; sW8dPw
O
"5$B>S(Q
同时,holder的operator=也需要改动: Eu04e N
seeBS/%
template < typename T > ~4cC/"q$X
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const {H'Y `+
{ 0+b1vhQ
return assignment < holder, T > ( * this , t); FHI ;)wn=
} ,5<Cd,`*
.(2ik5A%9
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。 3"\l u?-E
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Pj%|\kbNs
VJll
return l(rhs) = r; koi^l`B$
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。 SMK_6?MZ
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: e\75:oQ
;i:d+!3XwC
template < typename Tp > RViuJ;
class constant_t }*"p?L^p{
{ ;gr9/Vl
const Tp t; IIx#2r
public : uY'HT|@:{
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ^K@C"j?M/
template < typename T > @U}1EC{A
const Tp & operator ()( const T & r) const H}
g{Cr"Ex
{ |LKXOU
c
return t; ;sFF+^~L
} S|+o-[e8O
} ; c~
V*:$F
$PHvA6D
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 .#pU=v#/[
下面就可以修改holder的operator=了 UW
EV^ &"x
Thit
template < typename T > VY\&8n}e(
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const SasJic2M
{ <Q?F?.^e
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); UFuX@Lu0
} $iz|\m
4+ Z]3oIRE
同时也要修改assignment的operator() 5/Uy{Xt
{Y9q[D'g .
template < typename T2 > #Mw8^FST
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } #>+ HlT
现在代码看起来就很一致了。 AYx{U?0p
)K
六. 问题2:链式操作 pyvSwD5t
现在让我们来看看如何处理链式操作。 C;urBsC
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 uGlUc<B\*
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 q'82qY
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 HHsmLo c4
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct U4B(#2'
wD)XjX
template < typename T > J7p),[>I<
struct result_1 +srGN5!
{ ')3
bl3:
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; gB'6`'
} ; Q'0d~6n&{
6NHX2Ja
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: &.?'i1!
XOS[No~
template < typename T > @MCg%Afw
struct ref g}',(tPMZ
{ K(Bf2Mfq
typedef T & reference; C~iL3Cb
} ; Dm<A
^u8
template < typename T > n6a`;0f[R
struct ref < T &> kW&TJP+5*
{ [IhYh<i
typedef T & reference; y
h9*z3
} ; 9qG6Pb
Jg|XH
L)
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: emN*l]N
0:Ol7
template < typename T > [HZv8HU|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 6,{$J
{ ~IN>3\j
return l(t) = r(t); c\ l kD-\
} @J`"[%U
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。 Q$@I"V&G.
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 *bA.zmzM
"1M[5\Ax
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 V6reqEh
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: R/z=p_6p7`
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 @6T/Tdz
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ikiypWq
最后的布局是: >V}#[ /n
Add V33T+P~j
/ \ :G%61x&=Zc
Divide 5 wDe& 1(T^
/ \ z ~/` 1
_1 3 f=K]XTw~
似乎一切都解决了?不。 ut7zVp<"
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。 [K0(RDV)%
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。 kL"2=7m;
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: YteO6A;
4@#
`t5H
template < typename Right > ._{H~R|
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const %Y*Ndt 4
Right & rt) const
wcY?rE9
{ #'9HU2
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); @i IRmQ
} Dwfu.ZJa
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 P\rg"
3
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。 YglmX"fLf
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。 y/ef>ZZ
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。 Gu\q%'I
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。 !."D]i;
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? ;@Y;g(bw:
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: 338k?nHxv
n8ZZ#}Nhg
template < class Action > q'Tf,a
class picker : public Action '@k+4y9q?
{ %aVq+kC h
public : x-&@wMqkc
picker( const Action & act) : Action(act) {} 'kO!^6=4M
// all the operator overloaded lp%pbx43s
} ; .jjG(L
JYbL?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。 Vb]=B~ ^`
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: x)O!["'"
%2V? ,zY@
template < typename Right > K^<BW(s
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const +*/Zu`kzX
{ z/@slT
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 9Y_HyOZ*GX
} 9N3o-=
PP33i@G
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > >V8-i`
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。 a'yK~;+_9
SbrecZ
template < typename T > struct picker_maker x\G'kEd
{ h^(*Tv-!
typedef picker < constant_t < T > > result; dn$!&
} ; = x)-u8P
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > DAr1C+Dy
{ '$]97b7G
typedef picker < T > result; >$/>#e~
} ; O) n~](sC\
"CQa.%
下面总的结构就有了: 4*cEag
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。 F8,RXlGfA[
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。 ,G?WAOy,
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 lE(HFal0-(
至此链式操作完美实现。 /dI&o,sA
YWO)HsjP
bI9~jWgGp
七. 问题3 ~H<6gN<j(.
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。 yg=q;Z>[~
kxIF#/8
template < typename T1, typename T2 > yEoF4bt
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Ww+IWW@
{ Ad9}9!<
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); x,pjpx
} w4{<n/"
paE[rS\
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: ~1AgD-:Jz
`MN4uC
template < typename T1, typename T2 > ,77d(bR<
struct result_2 CXx*_@}MU
{ $AjHbU.I{
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Ed df2;-.
} ; ?(F6#"/E
<7Or{:Sc90
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? cO+qs[
BQ
这个差事就留给了holder自己。 Y0dEH^I
x,@B(9No
GdxnpE
template < int Order > nuMD!qu!nZ
class holder; g63(E,;;J
template <> XZ]uUP
class holder < 1 > vDhh>x(
{ +RM SA^
public : i0kak`x0
template < typename T > hPkWCoQpq
struct result_1 A,Vu\3HS
{ ub#a`
typedef T & result; CMG&7(MR
} ; UapC"XYJ
template < typename T1, typename T2 > aU "8{
struct result_2 li'YDtMKCY
{ :B5Fdp3
typedef T1 & result; :tB1D@Cb6
} ; c&?m>2^6
template < typename T > Sc1 8dC0
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const gpvYb7Of0
{ kY|utoAP
return (T & )r; H.|#c^I
} S\YTX%Xm}
template < typename T1, typename T2 > gw3K+P
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const S.94edQ
{ K6/Q}W
return (T1 & )r1; lH x^D;m6
} RYQR(v
} ; t?-n*9,#S
5z8d}
I
template <> n&;85IF1
class holder < 2 > TA`1U;c{n
{ ~"&|W'he[
public : HU8900k+
template < typename T > n,V[eW#m'L
struct result_1 p{Yv3dNl
{ F^t DL:
typedef T & result; r?lf($D*
} ; "fCu=@i
template < typename T1, typename T2 > p;59?
struct result_2 gx8ouOh
{ k"T}2 7
typedef T2 & result; rJT^H5!o"
} ; Bs_s&a>
template < typename T > :bu/^mW[
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const \378rQU
{ mzaWST]
return (T & )r; vv3*
j&I
} 0d"[l@UU0
template < typename T1, typename T2 > p$NQyS5C"S
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const QT<
}]
0
{ 1R{!]uh
return (T2 & )r2; ,.83m%i
} hl7bzKO*w
} ; @uqd.Q
?wiCQ6*$
b8`)y<