一. 什么是Lambda cVn7jxf
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Y@u{73H
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, :"O=/p+*Us
yZFvpw|g
=W ! m`
,lA J{5\#
class filler N
&p=4
{ k=bv!T_o
public : qg6Hk:^r
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ,l7ty#j
} ; h2aJa@;S
Ok({Al1A,w
}.zgVLL
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: kC9A
`Xmpm4 ]
=4 JVUu~Z
+Mm0bqNN
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); dGh<R|U3
a/^YgrC\T
x'JfRz
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 o
ohf))
[AX).b
#0Oqw=F
A7_*zR@
二. 战前分析 ,%nmCetD@
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。 ;N"XW=F4e
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 'A8T.BU
Cfz1\a&V{
zLXtj-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 7P|(j<JX6'
/* --------------------------------------------- */ u{p\8v%7
vector < int *> vp( 10 ); $9QVl
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); }>frK#S
/* --------------------------------------------- */ [S</QS!
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); #2HygS
/* --------------------------------------------- */ aeBth{
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); QTn-n)AE
/* --------------------------------------------- */ KI>7h.t
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Rb#Z\e}e-
/* --------------------------------------------- */ ]r"{G*1Q
9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); `8'T*KU
Ha
C?,
l3iL.?&Pa
053W2Si
看了之后,我们可以思考一些问题: ,$;CII
v
1._1, _2是什么? .=@M>TZM
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。 4qm5`o\hb
2._1 = 1是在做什么? eEc;w#
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。 /CA)R26G
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。 @#Xzk?+
Z p__
acGmRP9g
三. 动工 $yFur[97C
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: B|GJboQ
Fsq S)
IG9Q~7@
Cq(Xa-
template < typename T > 7L-%5:1%
class assignment p6HZ2Q:a
{ ?pF;{
T value; Z(}x7j zW
public : )uX:f8
assignment( const T & v) : value(v) {} Bgs~1E @8V
template < typename T2 > iPFYG
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } BEI/OGp
} ; Gg.w-&
v"F0$c
'Ux_X:,:;
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 s)M2Z3>+
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment R<U?)8g,h~
vy"Lsr3
`jZX(H
MZd\.]G@
class holder UxS;m4
{ o"]eAQ
public : !<YRocQY
template < typename T > D{l.WlA.
assignment < T > operator = ( const T & t) const @`_j't,
{ N0qC/da1
return assignment < T > (t); W#lvH=y
} f^%E]ki
} ; y1
}d(%
k]>k1Mi=
YwF6/JA0^
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: v;RQVH;,
KqS2
static holder _1; mm{U5
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ,jt098W
- 5k4vx
N}
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); j qdI=!H
而不用手动写一个函数对象。 G1nW{vce
<HzAh<_@F
bL&]3n9Rwu
v =?V{"wk!
四. 问题分析 AngECkF-
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。
yCkm|
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。 b?bYPN+
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 zgRP!q<9tt
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 t~a$|(
9
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Q./lX:
:O!G{./(_
五. 问题1:一致性 (jm.vL&5j
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| SQ
Fey~
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 <eh(~
jo |q,t
struct holder C5WCRg5&
{ kIfb!
// c==Oio("
template < typename T > L|2COX
T & operator ()( const T & r) const Vd/S81/
{ ZKR z=(
return (T & )r; #PrV)en
} %'t~e?d!
} ; <bx9;1C>zd
<?zTnue
这样的话assignment也必须相应改动: }g*-Ty
?V{k\1A
template < typename Left, typename Right > kdUGmR0d
class assignment qbEj\
b[
{ O9|'8"AF
Left l; epR~Rlw>2
Right r; @1@q6@9Tu
public : K8UAz"
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} jzj{{D[^
template < typename T2 > &CL|q+-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } '<0q"juXE
} ; IP'igX
@gqw]_W
同时,holder的operator=也需要改动: r$#G%FMv
)T64(_TE
template < typename T > da2[
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const
[;=WnG
{ zkp
Apj].
return assignment < holder, T > ( * this , t); V{h@nhq
} Ke ?uE
4{DeF@@
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。 )R^Cq o'
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 /,Rca1W
;ULC|7rL
return l(rhs) = r; ' 4~5ez|:
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。 ?&"^\p
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ?fmt@@]T?
z/YMl3$l~
template < typename Tp > IPO[J^#Me
class constant_t >$mSFJz5S
{ $&8h=e~]-
const Tp t; _=L;`~=C9e
public : Su"_1~/2S
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} x}.d`=
template < typename T > A(n=kx
const Tp & operator ()( const T & r) const s\W
{ M?B(<j1Ri
return t; Z% ;4Ed
} |"yf@^kdC
} ; V./w06;0
#eC;3Kq#-
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ;:c%l.Y2
下面就可以修改holder的operator=了 M_1Tx
<KwK
tgzs
template < typename T > Uk:.2%S2
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const @LKG\zYBu
{ Q==v!"Gi|
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); @E}X-r.^f
} VK'T[5e
,%h!% nz!
同时也要修改assignment的operator() R9l7CJM@
+ |qfgi
template < typename T2 > h_~|O[5|)
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } -(w~LT$ "
现在代码看起来就很一致了。 zw:C*sY
F4rKFMr
六. 问题2:链式操作 ^
6.lb\
现在让我们来看看如何处理链式操作。 sJb)HQ,7x
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。 Y_@"v#,
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。 WkaR{{nM
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。 U+;>S$
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 2Nn1-wdhb
T@|l@xm~L
template < typename T > 9>Uq$B
struct result_1 .H^P2tp
{ `.'i V[fr
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; +SQjX7]%
} ; nnE_OK!}T
FxfL+}?Q
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ^$IZLM?E~
k=7Gr;;l=p
template < typename T > ,<3uc
struct ref p08kZ
{ *sw-eyn(
typedef T & reference; ^5]uBOv
} ; iS"8X#[]N
template < typename T >
gt_XAH
struct ref < T &> A)zPaXZ
{ HmExfW
typedef T & reference; ^IGyuj0]jG
} ; %X9b=%'+
-+}5ma
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: x pTDYF
T|@#w%c''
template < typename T > rKzlK 'U
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const >`89N'lZBm
{ MCeu0e^)
return l(t) = r(t); L}W1*L$;<
} )4ilCS&
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。 S= -M3fP~
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ejklpa ./
$(gGoL<
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 &Vt2be*
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 1TNz&=e
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ~XUOW Y75
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 uxOJ3
最后的布局是: 0/\PZX+
Add {pDTy7!Hs
/ \ UP;Q= t
Divide 5 dk_,YU'z
/ \ [5Fd P0
_1 3 >?5xDbRj
似乎一切都解决了?不。 qO-C%p
[5
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。 k&)K(
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。 xQJIM.
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: x_==Ss
8xF)_UV
template < typename Right > h2wN<