一. 什么是Lambda ML'R[~|
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 U .rH,`
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, 2
Sr'B;`p
S\ li<xl
Dho~6K}"
&/zsIx+
class filler N2~z&y8.
{ *i\7dJ Dj
public : uUJ2d84tV
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 'Gc6ZSLM
} ; ~bwFQYY=
8=SNLO
r|#4+'
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: \UE9Ff+{
hrW.TwK
&3^40s/+
V}JW@
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); T|}HK]QOX
\l[5U3{
yy>4`_
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 @-7K~in?^
1X{A}9nA
Z$pR_dazU
C
qxP@
二. 战前分析 x##Iv|$
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。 ce;9UBkOg2
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 `"bm Hs7
ogPfz/ hw
oZ=e/\[K
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); G>!"XK:fB
/* --------------------------------------------- */ Lr+2L_/v`
vector < int *> vp( 10 ); 7f(UbO@BD
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); QvqBT
/* --------------------------------------------- */ %]
Bb;0G
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); i|=XW6J%
/* --------------------------------------------- */ "w A8J%:
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); IGp-`%9
/* --------------------------------------------- */ :2?'mKa7
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); C{'c_wX
/* --------------------------------------------- */ q)%C|
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); !#X^nlc
6^wiEnA
!",@,$
CZuxH
看了之后,我们可以思考一些问题: 7i'vAOnw^
1._1, _2是什么? lE`ScYG
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。 +I/P5OGRN
2._1 = 1是在做什么? aE;!mod
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。 ^@)+P/&
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。 Y<|L|b6
xWlB!r<}Gz
]]]7"a
三. 动工 -x RsYYw
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: #{]=>n)j
Vxw?"mhP
!k[zUti
M35}5+
template < typename T > aN7u
j
class assignment QF^AnB
{ q=EQDHmh
T value; /bw-*
public : foN;Q1?lS
assignment( const T & v) : value(v) {} 't>Qj7vh0
template < typename T2 > iCc\p2p
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Onk~1ks:
} ; H)4Rs~;{'g
``O\'{o&
3$RII-}>
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 J=Jw"? f
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Y>z(F\
nbYaYL?&
n_w,Ew,>5
W6*(Y
class holder [s2%t"H-y
{ QzS{2Y[OQ
public : co*5NM^
template < typename T > V*/))n?
assignment < T > operator = ( const T & t) const k%LE"Q
{ :b
;5O3:B
return assignment < T > (t); %k2zsM
} CBvBBt*
} ; LyQO_mT2
'DIE#l`
qItI):9U
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: M0]fh5O
k20H|@g2
static holder _1; 8G@FX $$Q
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 H;Bj\-Pa
bM!`C|,[s
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); |l~ADEg
而不用手动写一个函数对象。 Kp99y
2L\h+)
{vU '>pp
"5e]-u'
四. 问题分析 YvU#)M_h
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。 &iSQ2a!l8b
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。 Mu:H'$"'H
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 h&Sl8$jVp
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 `q/y|/v<
下面我们可以对这几个问题进行分析。 im?nR+t+X
g)"6|Z?D"
五. 问题1:一致性 oW8[2$_N+
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?| D2hvf^g'*
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 -~xd-9v?
R0+m7mx#E
struct holder !7w-?1?D
{ 1DBzD%@Oz
// !K@yB)9
template < typename T > I4)vJ0
T & operator ()( const T & r) const Obd!
{ Rp|:$5&nE
return (T & )r; "C.$qk]
} _%>.t
} ;
!]`]67lC
6tzn% ?
这样的话assignment也必须相应改动: O8lOr(|l
!P;qc
template < typename Left, typename Right > 6z(_^CY
class assignment 5-g0 2g
{ FJD*A`a
Left l; ,CdI.kV>o2
Right r; aCTVY1
public : $~2Ao[
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Fb*;5VNU.
template < typename T2 > ~C[,P\,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } _,'UP>Si
} ; m1cyCD
nQgn^z#
同时,holder的operator=也需要改动: 7z$+ *]9-
v:+se6HY?p
template < typename T > n1LS*-@
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const %GIla*
{ }%}eyLm(
return assignment < holder, T > ( * this , t); MRa>@Jn??A
} x
1_(j
E^qKkl
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。 z4<h)hh"k6
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 A76=^iw
?,!qh
return l(rhs) = r; O=mJ8W@
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。 :r6
bw
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: >,y QG+
6D+9f{~r
template < typename Tp > t2E_y6
class constant_t m:H )b{
{ (2{1m#o
const Tp t; ffWvrY;j[
public : N$3F4b%+
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} %AJdtJ@0H
template < typename T > )HmpVH
const Tp & operator ()( const T & r) const i7p3GBXh[
{ $;">/"7m
return t; WT0U)x( m5
} b
:+
X3
} ; F
|GWYw'%
`aUA_"f
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 @B[V'|
下面就可以修改holder的operator=了 59)PJ0E
lyT~>.?{
template < typename T > ND`~|6yb
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 2vur_`cV
{ "'8$hV65.p
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ugL$W@
} rN*4Y
UR\*KR;yM
同时也要修改assignment的operator() jjwY{jV
fu|I(^NV
template < typename T2 > e]5QqM7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } dW=]|t&
现在代码看起来就很一致了。 %>s y`c
aR3W9
六. 问题2:链式操作 ei"FN3 Rm
现在让我们来看看如何处理链式操作。 7+z%O3k'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。 a7CJ~8-1K
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。 +[>m`XTq
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。 2qEy"DKu
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct mbd@4u
4u;W1=+Vn
template < typename T > w ggl,+7
struct result_1 'Kq%tM26!
{ _LS=O@s^
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; rj6wKfz
} ; +XQS
-=
J"z8olV
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: 1M+mH#?
^,rbA>/L
template < typename T > m!PN1$9V
struct ref |+[bKqI5
{ 5bAy@n
typedef T & reference; m=#2u4H4
} ; ptsi\ 7BG
template < typename T > 9SU;c l
struct ref < T &> .qHgQ_%
{ ]v+\v re
typedef T & reference; -Z#A}h
} ; wWH5T}\
vm Hf$rq
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: tn}9(Oa)
JU~l
template < typename T > toP7b
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const zIlQqyOQ8
{ 0R; ;ou
return l(t) = r(t); (l$bA_F\
} X09&S4
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 x&7!m
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ?{+}gS^
1_F2{n:yp
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 ? 1_*ct=g9
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: }3QEclZr
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 y0z}[hZ
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 jPFA\$To
最后的布局是: 'Yj/M
Add UGAP$_j
]P
/ \ d#A.A<p*
Divide 5 m. XLpD
/ \ O8M;q!)y
_1 3 eE7+fMP{
似乎一切都解决了?不。 @ Gl=1
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。 TT>;!nb
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。 j{nL33T%
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: )WD<Q x&