一. 什么是Lambda i$[wkQ>$
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 s5
P~feg
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, }u>F}mUa
0|D^_1W`R
_gGI&0(VM
G[pDKELL
class filler e\[z Q
2Z3
{ h8ikM&fl
public : N 9.$--X}D
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 3p%B
} ; lU}y%J@
{#Lj,o
HZG^o^o1l+
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: `2B,+ytW8
MKnG:)T<?l
~"Kf+eFi
5q.d$K |
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); }Sxuc/%:
x=/`W^t2
z)Yk&;XC
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 &?#,rEw<x
T~238C{vh
(Ov{gj^
-$@$
二. 战前分析 tfSY(cXg'T
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。 >I~$h,
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 WeqE9@V
|<Cz#|
,q
R>r@I_
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ~ _!lx
/* --------------------------------------------- */ udEJo~u
vector < int *> vp( 10 ); eplz5%<
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); !vaS fL*]
/* --------------------------------------------- */ {c7ZA%T~R
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); gJ;
*?Uq(
/* --------------------------------------------- */ Ve]ufn6
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); pd3=^Zi
/* --------------------------------------------- */ #[Z1W8e
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); vM.Y/,7S
/* --------------------------------------------- */ !4"!PrZDB
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); vxey$Ir
e%Sw(=a
_F2R
x@Y
,n}h_ct
看了之后,我们可以思考一些问题: k3pY3TA@w+
1._1, _2是什么? 1\[En/6
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。 +b9gP\Hke
2._1 = 1是在做什么? 5i<E AKL
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。 )\k({S
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。 ~36)3W[4
hS( )OY
d*Wg>8|
三. 动工 oHW:s96e
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ]12ypcf
~6<'cun@x
DCv=*=6w
*hk8[
template < typename T > D~(f7~c%
class assignment r Ljb'\<*
{ k3 YDnMRA9
T value; 2!}:h5
public : g]ct6-m
assignment( const T & v) : value(v) {} A_ftf7,
template < typename T2 > >$g+Gx\v4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } KkCA*GS
} ; -Y{=bZS u
d4 r@Gx%BE
88}=VS
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 -!ARVf *
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment CZ~%qPwDw
5LF#w_x
1Fs:&* =
`yvH0B -
class holder ;
*@lH%u
{ 8Q*477=I
public : _P:}]5-|
template < typename T > p_Yx"nO7
assignment < T > operator = ( const T & t) const vz*'1ugaA
{ mT3'kUZ}]
return assignment < T > (t); Or2J
} $7'K]'UJXO
} ; 5R UhrE
Yqz
B="
h%0FKi^
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: $Rd]eC
$.g)%#h:
static holder _1; jW<aAd
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ;"1
4_i6qu(4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); g3h:oQCS
而不用手动写一个函数对象。 IuW5LS
Fb^Ae6/i
)2YZ [~3
:8CYTEc
四. 问题分析 M6MtE_E
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 (e~vrSk+)~
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 1f/8XxTB
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 UomO^P
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 flr&+=1?D
下面我们可以对这几个问题进行分析。 b- FJMY
Qk_Mx"
五. 问题1:一致性 4pw:O^v
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| %
QKlvmI"
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ZBf9Upg
!J%m 7A
struct holder oKlO cws}
{ #ozQF~
// OpT0V]k^"9
template < typename T > M%#H>X\/
T & operator ()( const T & r) const ;i,:F`b~
{ {R{Io|
return (T & )r; LqOjVQxz
} ~p'DPg4
} ; Z7@~#)3
-g6C;<Y
这样的话assignment也必须相应改动: X"z!52*3]
Ou'<9m!9
template < typename Left, typename Right > %x5zs ]4^
class assignment lDd8dT-Q.
{ 320g!r
Left l; |:{H4
Right r; Z?o?"|o
public : ;[[GA0
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} } F; Nh7?
template < typename T2 > U(t_uc5q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } g0n
5&X
} ; (q|EC;
Jc74A=sT
同时,holder的operator=也需要改动: *wY { ~zh
iO?Sf8yJ:
template < typename T > :+nECk
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const `Y5{opG7-
{ G;CB%qXI
return assignment < holder, T > ( * this , t); a!?&8$^<
} ;&9A
Yh.
ji~P?5(:
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。 5csqu^/y
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 #!n"),3
s,2gd'
return l(rhs) = r; ,svj(HP$
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。 sJHN4
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: nLfITr|5
nnm9pnx
template < typename Tp > ;%V%6:5
class constant_t \;%DDw
{ YV 5kzq
const Tp t; -1>$3-ur~
public : .eSMI!Y=
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ny,a5zEnF
template < typename T > p7YfOUo
k
const Tp & operator ()( const T & r) const )Fo1[:_B'
{ /h!Y/\ kI
return t; Q;3v ]h_
} f/&k$,w
} ; Js7D>GWP!
3V"y|q
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 p^s k?E
下面就可以修改holder的operator=了 LT5rLdn
l*yh(3~}
template < typename T > GG}(*pOr
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ^uy2qO4Yw
{ 9b0M'x'W5
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); P9RIX;A=
} i~k9s
LcA~ a<_
同时也要修改assignment的operator() 77Fpb?0`
XgfaTX*
template < typename T2 > fnUR]5\tc
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 9J$8=UuxWG
现在代码看起来就很一致了。 PKx ewd
,a$?KX
六. 问题2:链式操作 g8_C|lVZi
现在让我们来看看如何处理链式操作。 5G\CT&cQR
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。 {\?zqIM
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。 Vo\RtM/6{
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。 [;Q8xvVZ'
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct kJ JUu
G2nL#l~@)
template < typename T > C XQPbt[5
struct result_1 D{](5?$`|
{ xz+Y 1fYT
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; CZ/bO#~
} ; M@>EZ
;9{x""
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: z_dorDF8`>
\k=.w
template < typename T > vFK&63
struct ref Vs1j9P|G
{ y=H^U.
typedef T & reference; m})q8b!S
} ; j;tT SNF
template < typename T > LWB"}#vt
struct ref < T &> s7FJJTn
{ gDw:Z/1X`
typedef T & reference; FT1h\K|a
} ; LiyEF&_u
?Jlz{ms I
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ~h~K"GbC?
-}lcMZY
template < typename T > TU&t 1_6
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const mGjxc}
{ O?8^I<
return l(t) = r(t); )
0x*>;"o
} .EC/[fM
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。 \8uPHf_
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 JTw'ecFev
=?`5n|A*
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 5q`d=L,
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ~-,P1u!
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 kO:iA0KUX
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 iQczvn)"m
最后的布局是: n%w36_
Add /3*75
/ \ A#W%ud4
Divide 5 [_jTy;E
/ \ Gd)@PWK
_1 3 XelY?Ph,,
似乎一切都解决了?不。 P-L<D!25
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。 MOJ-q3H^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。 ex8mA6g
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: (9h{7<wD`
k--.g(T
template < typename Right > B.&ly/d
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const +]Oq{v:e
Right & rt) const ]6{G;f$
{ pR8]HNY0
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); tw8@&8"
} ,TD@s$2x
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 XF1x*zc
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。 byM/LE7)
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。 $4`RJ{ZJw]
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 .J3lo:
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 AigL:4[
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? :N#gNtC)b
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: `LL#Ai a
-OZRSjmY
template < class Action > b0]y$*{j
class picker : public Action '$~9~90?Z
{ EI2V<v
public : F;jl0)fBR=
picker( const Action & act) : Action(act) {} 4YkH;!M>ji
// all the operator overloaded Tn[DF9;?
} ; mq~7v1kw
/Cr0jWu
_
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。 6
$%^
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: 'DlY8rEGP
>`8r 52
template < typename Right > 7|3Z+#|T
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const : L`
{ .O'S@ %]
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ]j0v.[SX
} ?gjM]Ki%:
o"t+G/M
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Mw7 ~:O`
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。 +o)S.a+7
5xP\6Nx6&5
template < typename T > struct picker_maker
yowvq4e
{ {<&I4V@+
typedef picker < constant_t < T > > result; ="3Hc=1?R
} ; Yd lXMddE
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > G@h6>O
{ oddS~lW
typedef picker < T > result; MuYr?1<q
} ; r#rQ3&Vn
T30!'F(*,
下面总的结构就有了: \?h +
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。 /iNCb&[
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。 gA~BhDS
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 yInW?3
至此链式操作完美实现。
T5,/;e
'Wl))lB
e2;19bj&
七. 问题3 5NbI Vz
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。 :x]gTZ?
<6U{I '
template < typename T1, typename T2 > L{Epkay,{
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const j"HB[N
{ 6T&6N0y+9
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); il\#R%';5
} `4}zB#3
J6_Hlt
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: &6FRw0GX
I,QJ/sI
template < typename T1, typename T2 > c'&