一. 什么是Lambda qw<HY$3=
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 +"dv7
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, >{wuEPA
U6<M/>RG$
Huc|6~X
)hBE11,PB
class filler cLG6(<L
{ rh66_eV
public : E;9>ePd@
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} &n:{x}Uc
} ; 3@_Elu
zyFUl%
L0L2Ns
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: M/pMs 6
0mTr-`s
xR?V,uV'$&
Od##U6e`
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); %Ds+GM-
Ab2Q
\+,
2o4^
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 "u492^
!X]8dyW
uH:YKH':/
V%*b@zv
二. 战前分析 x6W`hpL
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 1_hW#I\'
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 cG{L
jt
eM2|c3/
'RbQj}@x
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); * ?]~
#
/* --------------------------------------------- */ PX2c[CDE^
vector < int *> vp( 10 ); Ls}7VKl'
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 6KRO{QK
/* --------------------------------------------- */ [%pRfjM
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); g<wRN#B
/* --------------------------------------------- */ n<7u>;SJQ
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); F9a^ED0l\
/* --------------------------------------------- */ r^1+cwy/7P
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); X!>eiYK)
/* --------------------------------------------- */ S\*`lJzPM
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); E=$p^s
2YlH}fnH
x`%JI=q
S\=1_LDx"
看了之后,我们可以思考一些问题: -1u9t4+`
1._1, _2是什么? t~hTp K*
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。 Gh\q^?}
2._1 = 1是在做什么? GpI!J}~m
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。 +?dl`!rE
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。 c{Ou^.yR
xfFg,9w8
ba@ctkCW
三. 动工 %IY``r)j
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: {A:j[
[{
~TcT
t9cl"F=
;
)Eo7?]-
template < typename T > F_H82BE+3
class assignment S1S;F9F
{ A/}W&bnluD
T value; bt$)Xu<R
public : y*23$fj(
assignment( const T & v) : value(v) {} k{I01
template < typename T2 > [yS#O\$'e
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } \ck+GW4&
} ; U;q];e:,=}
~xLJe`"JUx
t#i,1aHA
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 n6<V+G)T
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment SUM4Di7
.@ F]Pht
<RNJ>>0
T~:|!`
class holder =]C]=
{ O"G >wv
public : )#iq4@)|g
template < typename T > bm% $86
assignment < T > operator = ( const T & t) const 7 msAhz
{ $F'>yop2b
return assignment < T > (t); tmUFT
} kwpK1R4zs
} ; BV#78,8(
[*:6oo98'
Pr ]Ka
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: TuDE@ gq(
D B E4&
static holder _1; Yz$3;
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 $%R$G`.KM
&<RpWA k{
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ~m^ #FJu
而不用手动写一个函数对象。 Xx:F)A8O
\</b4iR)LT
L;Z0`mdz
:Bu2,EL*O
四. 问题分析 L|@y&di
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。 qqrq11W
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。 svf|\p>]H
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 jz58E}
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Y5ZZ3Ati
下面我们可以对这几个问题进行分析。 M-V&X&?j
z7GTaX$d
五. 问题1:一致性 \;u@ "
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?| qt%D'
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 b` Hz$8
O3DmNq$dz
struct holder 1K,1X(0rL8
{ \^7C0R-hX
// OyV<u@[i
template < typename T > L@`ouQ"sa
T & operator ()( const T & r) const ~w8JH2O
{ sm[94,26
return (T & )r; ';Zi@f"
} z4M9M7)"
} ; ?;/^Ya1;Z
$Iv2j">3)
这样的话assignment也必须相应改动: evkH05+;W
Tou/5?#%e
template < typename Left, typename Right >
]$b[`g&
class assignment b306&ZVEk
{ 6`vC1PK^
Left l; M" ^PW,k
Right r; .j:.WnW
public : ~f]r>jQM
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} uJ)=+Exii
template < typename T2 > f9l<$l
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } +/~\b/
} ; |peMr#
z[|PsC3i:
同时,holder的operator=也需要改动: jL7MmR#y5"
$!l2=^\3
template < typename T > |qy"%W@
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Rbj+P;t&
{ 5|~r{w)9
return assignment < holder, T > ( * this , t); CyK$XDHa
} @7HOL-i
+/b4@B7
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。 A9qO2kq7_
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 \9|]
{Hp}F!X$
return l(rhs) = r; NBg>i7KQ
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。 !6tC[W`
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 8SCW.;0
<Z_wDK/UR
template < typename Tp > Hdq/E>u
class constant_t "$E!_
{ yd2qf
const Tp t; |`(?<m
public : dE}b8|</
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} uVuToMCp
template < typename T > -o!,,XYj .
const Tp & operator ()( const T & r) const ]}l+ !NV<
{ D
5 r
return t; @;T#+!
} I>8 @=V~
} ; ndCS<ojcBP
'MdE}
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 tzW<&^
下面就可以修改holder的operator=了 iQ]c
k-
v20I<!5w
template < typename T > 't]EkH]BC
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const d a?th
{ o4[2`mT
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 18/@:u{
} M(h H#_$
\2<yZCn
同时也要修改assignment的operator() mN'9|`>V>
HsgTHe
template < typename T2 > w)m0Z4*
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 9-E>n)
现在代码看起来就很一致了。 UQf>5g
QV
H'06"{
六. 问题2:链式操作 *UL|{_)c
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ^qus `6
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。 <9k}CXv2PK
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。 kz VI:
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。 +@],$=aE?
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct &9lc\Y4PY
etK,zEd
template < typename T > *ckrn>E{h
struct result_1 {O&liU4
{ LjQ1ar\
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ?-F'0-t4%
} ;
[aS)<^
U)/Ul>dY
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: rDx],O _
f93X5hFnF
template < typename T > '5,,XhP
struct ref {kRC!}
{ j_WF38o
typedef T & reference; qM:)daS1w
} ; mV(x&`Cx
template < typename T > :XQ
struct ref < T &> YlcF-a
{ v3JIUdU=P
typedef T & reference; ^57fHlw
} ; cKYvRe
L{0OMyUA
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 7n95>as
IM5^E#-g7
template < typename T > a=B0ytNm
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 5NF&LM;i(
{ qCkg\)Ks5I
return l(t) = r(t); *-!ndbf
} H6JMN1#t$
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。 Jx9%8Ek
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 l`%}
{3r9
k`~br249
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 ?.A/E?Oc
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 'MQGR@*
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 GK+\-U)v
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 z%dlajYm:
最后的布局是: U?^|>cMr
Add P_g0G#`4
/ \ T\s#-f[x
Divide 5 fG$.DvJuK
/ \ RHAr[$
_1 3 XXwhs-:o
似乎一切都解决了?不。 :=7 '1H
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。 x71!r
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。 Xsn - +e
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: _]ttKT(
ulSTR f
template < typename Right > h%^kA@3F
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const kZ[yv
Right & rt) const Ng39D#_)
{ f EiEfu
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); +;iesULXn
} +,^M{^%
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 :*+BBC
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。 .F3LA6se
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。 %1 ^jd\
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。 fvM3.P
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。 j<P%Uy+
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? uv!qE1z@':
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: gO%i5
![!b^:f
template < class Action > *g41"Cl
class picker : public Action L0VR(
{ ?HyioLO
public : 2^ZPO4|
picker( const Action & act) : Action(act) {} "#k(V=y
// all the operator overloaded &