一. 什么是Lambda jiz"`,-},O
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 iYBs )
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, Q-(twh
Pr/K5aJeg
-cEjB%Neo
f5^[`b3H
class filler H$WuT;cTE
{ 7 zK%CJ
public : ~-JkuRJ\
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} lY0^Z
} ; &R>x;&Gj
b=.Ikt+y
mM1\s>o
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: D.4=4"qMi
#~ UG9@a
=((#k DrN
'ym/@h7h
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); r`VKb
,H\EPmNHK
We_/:=
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 |h@'~c
79=w]y
o|(-0mWBQA
~8RN
二. 战前分析 (Z;-u+ }.
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。
Q]A;VNx
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 5
J61PuH
Sr/"'w;
QVm3(;&'
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); {088j?[hzk
/* --------------------------------------------- */ vEOoG>'Zq
vector < int *> vp( 10 ); :J5xO%WA(
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); P$4G2>D8dg
/* --------------------------------------------- */ n;y<!L7
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); v|"Nx42
/* --------------------------------------------- */ rx
CSs
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ) j_g*<
/* --------------------------------------------- */ {w1sv=$+
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); j[v<xo
/* --------------------------------------------- */ >y
&9!G
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); k7W7S`H
X~G!{TT_x6
&%$r3ePwc
2mWW0txil
看了之后,我们可以思考一些问题: `)/G5 fB
1._1, _2是什么? /T!S)FD\/v
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 O-@*xwD
2._1 = 1是在做什么? e>=P'
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 M9[Fx=
qY
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 |ffM6W1:
-tlRe12
KAT4C 4=,
三. 动工 7kp$C?7K
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ]=m
'| 0}
udMDE=1~L
]2+7?QL,
|Qo;=~7
template < typename T > ^Bf@ I
class assignment VZ5EV'D8!
{ j
~:Dr
T value; m$Lq#R={Z
public : rfpeX
assignment( const T & v) : value(v) {} m(L]R(t
template < typename T2 > LkD$\i
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } }E+#*R3auB
} ; K1AI:$H
G>qzAgA
GNlP]9wX
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 w(zlHj
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 2j+v\pjYC
}Zu>?U
xv4_q-r[
lU`]yL
class holder K!VIY|U
{ _=Ed>2M)no
public : NjIe2)}'
template < typename T > Z_.Eale^
assignment < T > operator = ( const T & t) const C0eP/d
{ hz\Fq1
return assignment < T > (t); V\^3I7F
} yCy4t6`e
} ; ,A
T!:&<X
NguJ[
0'{0kE[wn
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: QqA~y$'ut
"T|%F D&[
static holder _1; !/^i\)j>](
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 *,A?lX,9A
EbZRU65J}O
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Sp3?I2 o
而不用手动写一个函数对象。 Av:5v3%
z=J%-Hq>
=\GuIH2
0!!b(X(
四. 问题分析 (vMC.y5
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。 wg\*FfQn
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。 yJkERiJV
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 RsIR}.*
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 B#9rqC
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Z[[o u?c
cLj@+?/
五. 问题1:一致性 O:cta/M
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?| .>NhC"
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 !*_5 B'
v<c~
'?YzO
struct holder Bt[OGa(q
{ }>Gnpc
// P~$FgAV
template < typename T > {h5 S=b
T & operator ()( const T & r) const ;O5p>o
{ l3dGe'
return (T & )r; RG1~)5AL~Y
} I?nj_ as
} ; (;T$[ru`
!{tkv4
这样的话assignment也必须相应改动: ,y@`wq>O
c|OIUc
template < typename Left, typename Right > |d\rCq >
class assignment l ps
6lnh
{ VDq4n;p1
Left l; k$1ya7-@
Right r; H. U wM
public : W|XTa
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} E#?*6/
template < typename T2 > S(<r-bV<
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 8@S7_x
} ; F[uy'~;@
YcW[BMy5h
同时,holder的operator=也需要改动: gU1E6V-Jm
-S5M>W.Qb{
template < typename T > vX|ZPn#
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const #
~SuL3
{ R?@F%J;tx
return assignment < holder, T > ( * this , t); *ILx-D5qr
} h$7rEs
oxT..=-
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。 h>V8YJ
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 VU6nu4
0?59o!@h
return l(rhs) = r; A??(}F L
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。 /Ud<4j-
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: LnZzY0
qd\5S*Z1
template < typename Tp > Cj^:8 ?%
class constant_t Gu}
`X23
{ `|@# ~
const Tp t; A;VjMfoB
public : <8#Q5
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} JQ|qg\[
template < typename T > %HOMX{~}#
const Tp & operator ()( const T & r) const k{_ Op/k}V
{ ue8C pn^M
return t; z*?-*6W
} $OOZ-+8
} ; t}r`~AEa!
I`Goc!5t
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 pUtd_8
下面就可以修改holder的operator=了 *PQu9>1w
v,z s
dr"d
template < typename T > %Ci`OhT
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Z^? 1MJ:`
{ U(#)[S,
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); eHr|U$Rpo
} oL?(;
`"&
pE.f}
同时也要修改assignment的operator() bH+x `]{A
$B6CLWB
template < typename T2 > @pq#?
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } A$*#n8,
现在代码看起来就很一致了。 c"qaULY
E+ wd9/;
六. 问题2:链式操作 f4.k%| ]
现在让我们来看看如何处理链式操作。 lR]z8&
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。 g$C-G5/bjD
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 D5]4(]k&
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 F\&Sn1>k
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct =2&/Cn4
VxD_:USIF
template < typename T > [^wEKRt&
struct result_1 ;{1J{-EA
{ cBICG",TA
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 9 [qEJ$--
} ; yKE[,"
"E`;8SZa
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: d&S4`\g?8
Xk#"rM< Y
template < typename T > Hg)5c!F7
struct ref HSq.0vYl6
{ [$; \1P/
typedef T & reference; =%u\x=u|
} ; `J*~B
template < typename T > L<'8#J[_5
struct ref < T &> 97"dOi!Wh
{ =+um:*a.
typedef T & reference; gucd]VH
} ; Lg[v-b=?I
QF^ _4Yn
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: qk}(E#.>F\
q^{Z"ifL
template < typename T > ?Y6MC:l<
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const dc#Db~v}k
{ +r EqE/QF
return l(t) = r(t); D&1*,`
} c&zZsJ"~
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 *2MM
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 e&&;"^@-
.ZSG nbJ
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 GKPC 9;{W
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: qGndh
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 g8+w?Zn}
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ]TTX<R
ZLr
最后的布局是: 0,)Ao8
Add _ED,DM
/ \ ** \B P,]}
Divide 5 i!zh9,i>M
/ \ L||_Jsu
_1 3 5+U2@XV
似乎一切都解决了?不。 (nP 6Xq
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 SB5[PDL_q
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 |7IlYy&:
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ibDMhW$n
|&