一. 什么是Lambda *WzvPl$e
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 /&>vhpZ}
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, n,Gvgf
C3k[ipCN
Q}zd!*
1@}s:
class filler gPJZpaS
{ H;DCkVL
public : Al}D~6MD
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Sv#S_jh
} ; b=$(`y
UiE 1TD{
Bjc<d,]
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: wf` e3S
(JX 9c
/^M|$JRI
{e]ktj#+{
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ;N(9nX}%)
7gnrLc$]O
;ElwF&"!X
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 n[E/O}3& /
%96l(JlJ)B
HI\V29
a
;0"p)O@s04
二. 战前分析 'nQQqx%v
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。 lnQfpa8j
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 l$:?82{
^.gBHZ
UlD]!5NO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 );
I?R?rW
/* --------------------------------------------- */ bnzIDsw!Q
vector < int *> vp( 10 ); E7`Q=4@e
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); KAI/*G\z
/* --------------------------------------------- */ @h
E7F}
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); wg}rMJoG|
/* --------------------------------------------- */ 4
Q<c I2|
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); wAA9M4
/* --------------------------------------------- */ is6M{K3
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); JqTR4[`Z\
/* --------------------------------------------- */ :jHDeF.A
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 5fDp"-
'UFPQ
sZh| <2
lHI?GiB@
看了之后,我们可以思考一些问题: Y'U]!c9
1._1, _2是什么? n4A#T#D!t3
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。 /RBIZ_
2._1 = 1是在做什么? +@mgb4_
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。 *|*6q/
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。 aH'=k?Of;
8#h~J>u.
.~Gt=F+`s
三. 动工 V jqs\
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: |T+YC[T#v
W6&mXJ^3L
fN_Ilg)t?5
ozUsp[W>
template < typename T > WB|N)3-1
class assignment @.8FVF
{ `gE_u
T value; u"5
hlccH
public : aB ^`3J
assignment( const T & v) : value(v) {} 2]'cj
template < typename T2 > +Ua.\1"6
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } j21>\K!p
} ; a0)] W%F
LB\+*P6QM
;=lQMKx0
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 @!KG;d:l
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment I4Rd2G_
Wagb|B\
/I~(*X
c.{t +OR
class holder Aq,&p,m03
{ I~T~!^}U
public : j}aU*p~N
template < typename T > &:[hUn8jU
assignment < T > operator = ( const T & t) const Wu@v%!0
{ #v\o@ArX
return assignment < T > (t); V]W-**j<
} l|L
]==M
} ; VpyqVbx1
EXizRL-9o
uGY(`
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: *T-v^ndJh
f5P@PG]{
static holder _1; 9iM[3uyO
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 jpt-5@5O
u!TMt8+c
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ;.I,R NM
而不用手动写一个函数对象。 lnWscb3t
=y]FcxF
!f01.Tq8
+z O.|`+
四. 问题分析 |wkUnn4UB8
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。 \xjI=P'-25
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。 _r?.%]\.
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 m~R Me9Qi
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 / TAza9a
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Rc#c^F<
?X nKKw\
五. 问题1:一致性 #<81`%
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?| LPS]TG\
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 2|JtRE+
OR<%h/ \f
struct holder .9$
7
+
{ "W@>lf?"
// rtT*2k*
template < typename T > +?ilTU
T & operator ()( const T & r) const c^8csQ fG
{ {O5(O oDa
return (T & )r; c;doxNd6
} R=<uf:ca
} ; G~{#%i
SGUZ'}
这样的话assignment也必须相应改动: '"]QAj?N
B
j z@X
template < typename Left, typename Right > j%Wip j;c
class assignment LLd5Z44v
{ zc&i 4K
Left l; (3QG
Right r; HC>MCwx=r
public : 8?G534*r@2
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 7"p%c`*;
template < typename T2 > <>R\lPI2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 66l+cb
} ; }]+k
NflRNu:-
同时,holder的operator=也需要改动: gn6 @x
C
o,"
template < typename T > `FRdo
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Fh~
pB>t
{ L%31>)8
return assignment < holder, T > ( * this , t); 6rh^?B
} n7iIY4gZ
VY j
pl
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。 Xo
,U$zE
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 {LqahO*
9IJc9Sv(
return l(rhs) = r; U
IHe^ ?R
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 9N;y^
Y\
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ?;ovh nY)
4rH:`494
template < typename Tp > F+285JK
class constant_t U^d!*9R
{ =m/BH^|&W
const Tp t; [f#7~
public : w~Jy,[@n
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} k@9CDwh*s
template < typename T > ?^!:
Lw
const Tp & operator ()( const T & r) const WNo< 0|X
{ sO0j!;N
return t; '=cAdja
} b9"HTQHl
} ; Y%#r&de
Cd'K~Ch3
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 >m4HCs>
下面就可以修改holder的operator=了 l]F)]>AE
YTV|]xpR
template < typename T > %d2\4{{S
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 3$h yV{
{ 3R`eddenF
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); -b'a-?
} (<ngdf`,
~zyD=jxP9
同时也要修改assignment的operator() V@`A:Nc_>
Z
lR2
template < typename T2 > CNrK]+>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } z~\Y*\f^Y3
现在代码看起来就很一致了。 5v5K}hx
cnR18NK
六. 问题2:链式操作 uM@ve(8\
现在让我们来看看如何处理链式操作。 x|U[|i,;
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。 /}R*'y
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。 fe+2U|y
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。 7R=A]@
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct m!^z{S
qExmf%q:q
template < typename T > q#*b4q
{
struct result_1 ,xuA%CF-S
{ epQdj=h
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; MznMt2-u
} ; T}y@ a^#
{O (@}
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: s#%P9A
S%2q X"8
template < typename T > N2\{h(*u
struct ref }o2e&.$4d
{ &ngG_y8}&
typedef T & reference; (VB-5&b
} ; NG\^>.8
template < typename T > Iv51,0A
struct ref < T &> H*vd
{ Cbjx{
typedef T & reference; ??h4qJ
} ; %TS8 9/
OQ*rxLcA
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: EbMG9
TY*uK
template < typename T > @Xl/<S&
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const k C=h[<'
{ be+tAp`
return l(t) = r(t); "t:9jU
} t{o&$s93
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。 3B3l)eX
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 A
v[|G4n
OpxJiu=W
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 al{}p
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: &]P1IQ
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 =` KV),\
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 G_)(?
最后的布局是: iw0|A
Add
hp!. P1b
/ \ ]97`=,OUg
Divide 5 @V71%D8{
/ \ #/2W RN1L
_1 3 Bxs0m]
似乎一切都解决了?不。 2qe]1B;
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。
a@niig
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。 |!\5nix3A>
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: z3(:a'
T;Zv^:]0
template < typename Right > )&wJ