一. 什么是Lambda ,w<S|#W~+
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 %?0:vn
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, tqE6>"jD
c}lb%^;)E
VA6}
at#ja_ hd
class filler D=j-!{zB
{ BKCA<
public : I0D(F
i
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} eI$oLl@
} ; _mqL8ho
)B"jF>9)[
LO9=xGj.
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: cLpYW7vZ[
~7*.6YnI
6iVxc|Ia
6M @[B|Q(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); n4;.W#\
Y2N>HK0
Q 3hKk$Y
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 I667Gz$j5
\=VtHu92=
:C(=&g<]D
^me-[
5
二. 战前分析 u%&`}g
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 SD"FErJ
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 Yg]-wQrH
M8kPj8}{
`06;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); jl4rbzse
/* --------------------------------------------- */ K
-nF lPm\
vector < int *> vp( 10 ); ~ (|5/
p7t
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ! E<[JM
/* --------------------------------------------- */ (5$!MUS~9
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Ec3}_`
/* --------------------------------------------- */ |7'df &CA
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); *v;2PP[^
/* --------------------------------------------- */ -u6bAQ
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); \:%(q/v"X
/* --------------------------------------------- */ 9&-dTayIz
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Sq>dt[7
DrKP%BnS
"%`1]Fr
dU&a{$ku[
看了之后,我们可以思考一些问题: <Th6r.#?
1._1, _2是什么? yZ0-wI
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。 g!g#]9j
2._1 = 1是在做什么? ,?J!
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。 |^&b8
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。 ?&8^&brwG
{f Py=,>Nb
C)[,4wt,
三. 动工 .[]r}[ lU
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: X&tF;<m^
Ep9nsX*
;km`P|<U
m|SUV
template < typename T > Rvqq.I8aC
class assignment RD!&LFz/}
{ &jS>UsGh
T value; l.67++_
public : |XaIx#n
assignment( const T & v) : value(v) {} C.WX.Je
template < typename T2 > LA!?H]
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } #{\J
Nb+w%
} ; FvaUsOy"
[>jbhV'
0at/c-K`
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 jZu[n)u'C
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment {3|t;ZHk
|B?cVc0
qmkAg }2
HZ aV7dOZ8
class holder 1T"`vtR
{ F|'>NL-=
public : $njUXSQ;
template < typename T > S3q&rqarC%
assignment < T > operator = ( const T & t) const 4`4kfiS$
{ Tm~" IB*
return assignment < T > (t); \o z#l'z
} Eq% }
} ; \{Y 7FC~
;"a=gr
E(*0jAvO[z
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: J?*1*h
DwM)r7<Ex
static holder _1; U\g/ 2dM
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写
-WY<zJ
]N~2 .h
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); h0(BO*cy
而不用手动写一个函数对象。 bg!/%[ {M
Y4J3-wK5
\Z?9{J
[]\+k31D
四. 问题分析 tZ]?^_Y1
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。 iW)8j 8
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。 n4O]8C'lW9
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 y%&q/tk
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 S8kCp;
下面我们可以对这几个问题进行分析。 'F/~o1\.
b_$4V3TA
五. 问题1:一致性 AiwOc+R
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?| tP:lP#9
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 BOX{]EOj
9e<.lb^tP
struct holder NpE*fR')
{ IB(6+n,6s
// d?y4GkK
template < typename T > 3(="YbZ
T & operator ()( const T & r) const ?qmRbDI
{ "H=6j)Cb
return (T & )r; 0CWvYC%e
} 1XrO~W\=
} ; e2AX0(
5Y.)("1f}f
这样的话assignment也必须相应改动: j@AIK+0Qc
5GI,o|[s6
template < typename Left, typename Right > D@,6M#SK
class assignment >
$O]Eu!
{ Z-$[\le
Left l; TYy?KG>:'
Right r; )cW#Rwu_A4
public : gt\E`HB8E
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 3$9s\<j
template < typename T2 > O\
GEay2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } q}b
dxa
} ;
"0V.V>-p
?1*cO:O
同时,holder的operator=也需要改动: [meO[otb
;o
6lf_
template < typename T > $By<$
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const )!3V/`I
{ M-$%Rzl_
return assignment < holder, T > ( * this , t); u0}vWkn\4
} L 8c0lx}Nn
sG(~^hJ_
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。 9Uh"iMB
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 s%vis{2
/Y/UM3/
return l(rhs) = r; u]g%@3Pn
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。 )1Y{Q Y}l
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: *1ilkmL%
>,v`EIg
template < typename Tp > eln)BW#
class constant_t y|jl[pyg)
{ [ZNtCnv
const Tp t; FVMD>=k
public : /{EP*,/*
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} tl[Uw[
template < typename T > ZFA`s
qT
const Tp & operator ()( const T & r) const *2ZjE!A
{ N&.H|5
return t; 9#23FK
} Yc`o5Q\>
} ; Fh)IgzFj
kC:uG0sW
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 nB_?ckj,
下面就可以修改holder的operator=了 C>]0YO
k2
raW>xOivR
template < typename T > g!|=%(G=
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const k
9_`(nx
{ $CRm3#+
~
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); kPKB|kP\
} ! :Y:pu0
*Hg>[@dP0
同时也要修改assignment的operator() ;
8_{e3s
LHyB3V
template < typename T2 > 'I`&Yo~c9
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } _Ym]Mj' ln
现在代码看起来就很一致了。 zZ:>do\2
bpOYHc6,*`
六. 问题2:链式操作 'g">LQ~a+
现在让我们来看看如何处理链式操作。 @Y?#Sl*
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。 e-~N"
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。 _H9 MwJ
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。 ~]nRV *^
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ;p.v]0]is
m1j*mtu
template < typename T > QpF;:YX^3
struct result_1 )n1_(;
{ /~DI 6g
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; N(O9&L*4fm
} ; Cw~q4A6'
Vo4,@scG
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: j SHk{T!J
.L+6 $8m
template < typename T > /hpY f]t
struct ref c|f<u{'
{ l\f*d6o
typedef T & reference; J;S
(>c
} ; y3vdUauOn
template < typename T > dR
K?~1
struct ref < T &> bes<qy
{ 4M^=nae
typedef T & reference; oxr#7Ei0d
} ; bs+f,j-oBN
I.I`6(Cb
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: )i6mzzj5
&`h{iK7
template < typename T > !'Ak&j1:`
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ''|W9!
{ f<GhkDPm>?
return l(t) = r(t); Yh7rU?Gj
} |O3q@
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 8aZ=?_gvT
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 cv8L-Z>x.=
2v :]tj
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 Pi=+/}
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 3\AU 72-
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 '-wj9OU
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ( B!uy`
最后的布局是: <xup'n^7C
Add "WlZ)wyF%
/ \ 6d:zb;Iz
Divide 5 %Celc#v
/ \ Ii6<b6-
_1 3 AWcLUe {
似乎一切都解决了?不。 5sdn[Tt##
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 4"GR]
X
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 W,D4.w$@'
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: Ig$(3p
?llXd4
template < typename Right > yZAS# ko}}
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const y+Ra4G#/}
Right & rt) const Yy5h"r
{ }~2LW" 1'
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); \1d( 9jR
} :X"?kK0 V
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 E~,F
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 Q[Z8ok
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 }I2wjO
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 T
_r:4JS
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 oVnvO iAc
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? y>:N{|
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: -N6f1>}pE
ycc4W*]
template < class Action > %) /s; Q,
class picker : public Action t9nqu!);
{ [v7F1@6b
public : wrviR
picker( const Action & act) : Action(act) {} -M~8{buxv
// all the operator overloaded ,aOl_o -&
} ; _> f`!PlB|
WJ$bf(X*
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。 i1UiNJh86
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: Ha(c'\T(\
dW_KU}
template < typename Right > 09|K>UC)v
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const imo$-}A
{ #TeG-sFJg@
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); B3: ez
jj
} B#exHf8
w2;eh]k
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > A mvEf
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。 }\hVy(\c
x`U^OLV
template < typename T > struct picker_maker d+<G1w&