一. 什么是Lambda Lbwc2Q,.-
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 <RaUs2Q3.
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, ;jZfVRl
E(p*B8d
B{6wf)[O
yd+.hg&J
class filler N)0V6q"
{ -qW[.B
public : sCrOdJ6|
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ]8~{C>ch$
} ; YZ.?
k4>
">
]{t[Ib
xC}9W6
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[1!#Q><!
IizPu4|
^Ee"w7XjD
a\]glw\;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); =Ul{#R
z
>JUOS2
yZc_PC`
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 0*{2^\
*rH#k?
|9*8u>|RC
o1^Rx5
二. 战前分析 $AyE6j_1gX
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 b>]MZhLJe
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 K@R *
V
G.l
~!;
xk\n F0z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); N:%
}KAc
/* --------------------------------------------- */ Spm7kw
vector < int *> vp( 10 ); 2zN"*Wkn
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ekV|a1)
/* --------------------------------------------- */ X1Vj"4'wT
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); tOT(!yz
/* --------------------------------------------- */ j.:I{!R#
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); )wdTs>W7
/* --------------------------------------------- */ o>Faq+@
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); s"-gnW
/* --------------------------------------------- */ mLb>*xt$b@
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); >Y8\I
]mZN18#
\&#IK9x{
:rzq[J^
看了之后,我们可以思考一些问题: 5'%nLW7;O
1._1, _2是什么? 4mM?RGWv
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。 t,,W{M|E(
2._1 = 1是在做什么? 6U(MHxY
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。 qC:QY6g$N
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 jBLLx{
ve&"x Nz<
5u=$m^@{
三. 动工 /_{B_2i/>
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: yNDplm|9*
[#mRlL0yk
;'i>^zX`
<yg!D21Y
template < typename T > B$D7}=|kc
class assignment 8lZB3p]X
{ @F/yc
T value; mK_2VZj&
public : NDYm7X*et
assignment( const T & v) : value(v) {} \\iX9-aI<
template < typename T2 > @0[#XA_>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 8H@] v@Z2
} ; W"[Q=$2<<
I:=rwnd
5!jU i9
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 3Q:Hzq G
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 5e|yW0o
,
aJC7'(
0/TP`3$X#"
Y:#nk.}>
class holder kT1 2
{ p"tCMB
public : Wz&[cj
template < typename T > Rn9e#_ Az
assignment < T > operator = ( const T & t) const ,qu7XFYrY
{ z;Yo76P
return assignment < T > (t); L{F[>^1Sb
} E
E^lw61
} ; DNu-Ce%
HD!2|b~@
eo&^~OVT
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: q. s'z}
L&LAh&%{2
static holder _1; 9YEE.=]T
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 F9Co m}
r$WBEt,B
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); a1
v%G
而不用手动写一个函数对象。 'izv[{!n{
/|LQ?n
h\lyt(.s
:D:Y-cG*n<
四. 问题分析 GzEvp
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。 @Pb%dS
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。 `;HZO8
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 {'NXJ!I;t
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 $i;m9_16
下面我们可以对这几个问题进行分析。 TW~%1G_v
/H~]5JZ3-E
五. 问题1:一致性 }F4%5go
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| ;|r<mT/,
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 =HHtLW.|,
JsK_q9]$e
struct holder Ev]oPCeA
{ :3A^5}iz
// AOv>O52F/Q
template < typename T > ]47!Zo,
T & operator ()( const T & r) const )'i n}M
{ pv"QgH
return (T & )r; zXaA5rZO
} D $&6 8
} ; .g>0FP
XE($t2x,M
这样的话assignment也必须相应改动:
W4&Itj
I''X\/|
template < typename Left, typename Right > V i<6i0
class assignment ,u S)N6'b6
{ THy{r_dx
Left l; AYsiaSTRqW
Right r; ,Q,3^v-
public : e !N%
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 4Hq6nT/
template < typename T2 > _jM+;=f
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } /RemLJP
F
} ; ^KUM4.
6
&Pe[kCO]
同时,holder的operator=也需要改动: R/P9 =yvg0
auHP^O>4L
template < typename T > 0w!:YB ,}
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const *0/%R{+S
{ YJB/*SV^
return assignment < holder, T > ( * this , t); /[+qw%>
} =|V [^#V
vRMGNz_P7[
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。 Nn{/_QG
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Fd/Ra]@\Y
_#y=T20'3
return l(rhs) = r; <,</ Ge
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。 Z> <,t~o}
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: S.|%dz
}WnoI2
template < typename Tp > chXTFLC~
class constant_t WQBpU?O
{ aC#{@t
const Tp t; o+g\\5s
public : iJb-F*_y
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} >2ny/AK|
template < typename T > seiE2F[
const Tp & operator ()( const T & r) const `teaE7^Wm
{ %ZTI ?a
return t; Lm7fz9F%
} ~}g)N
} ; @<z#a9
xV.UM8
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ?7dV:]%~2
下面就可以修改holder的operator=了 >o5eyi
^w*&7.Z
template < typename T > Y@MFH>*
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const AH|'{
{ !m?W+z~J
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); cv9-ZOxJ
} Xp~O?2:3l
TlpQ9T
同时也要修改assignment的operator() J~lKN
<w
lin
template < typename T2 > C
A $R
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } J=B,$4)9
现在代码看起来就很一致了。 ]~7xq)28
ALt^@|!d
六. 问题2:链式操作 uO4R5F|tL
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Y0g6zHk7
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 -5Aqf\
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 T;#:Y
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 FB
n . 4
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct !Q{~f;L
Nrzg>WQa
template < typename T > e!P]$em|1E
struct result_1 Q+Ya\1$6A
{ /JmWiBQIn
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; -z'6.IcO
} ; # N'_~:H
vjd;*ORB
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: l-M
.C8N
<^"0A
template < typename T > r-ljT<f%J[
struct ref W{nDmG`yp
{ YLid2aF
typedef T & reference; -9yWf8;
} ; $}.#0c8I
template < typename T > '
eH Fa
struct ref < T &> w"OeS;#e:
{ `sM^m`yE
typedef T & reference; _SqUPTb"u
} ; 85#+_}#
a3^ ({;k!0
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: .1h1J
X_#,5t=7
template < typename T > "2GssBa
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const pF7S("#R
{ &W?
hCr
return l(t) = r(t); J"
U!j
} o_?A^u
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 >qci$
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 6mC% zXR5
V?4G~~F
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 V#\ iO
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 1VB{dgr
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 aKw7m={
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 \g:Bg%43h
最后的布局是: <%=@Ue
Add #RP7?yGM,
/ \ T@j@IEGH
Divide 5 hA387?
/ \ Jl{g"N{2u'
_1 3 e'&<DE)
似乎一切都解决了?不。 Pql;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。 RaAvPIJa |
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。 8~v 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: UE
K$
v v]rXJu1
template < typename Right > V,>uM
>$
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ,{g B$8z^
Right & rt) const )k&!&
{ B/bS:
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); z+X DN:
} C%;J9(r
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 e18}`<tW-
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 !f*t9 I9Q
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 Fes/8*-
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 HsAKz]Mq
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 E(0 [/N~
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? A IsXu"
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: Q#sLIZ8=
u;=a=>05IR
template < class Action > _A=Pr_kN
class picker : public Action !KmSLr7xU
{ !T1)tGrH
public : !z?;L_Lb
picker( const Action & act) : Action(act) {} A9ru]|?
// all the operator overloaded %<;PEQQ|C
} ; _2nNCu (
}yMAs
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 n]snD1?KX
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 8?&!@3n
N.|uPq$R
template < typename Right > ZqJyuTPv
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const hV[=
{ _sC
kBDl-
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); "yc@_+"\+
} qb>mUS
V.~C.x
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ^3w
>:4m
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。 |f<-lB[k
HbQ+:B]
template < typename T > struct picker_maker Hy#<fKz`!
{ P> ilRb
typedef picker < constant_t < T > > result; m>LC2S;
f
} ; `Y.Q{5Y
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ~"i4"Op&
{ kac]Rh8vO
typedef picker < T > result; 4
X6_p(
} ; =Vi>?fWpn=
AJR`ohh
下面总的结构就有了: lb[\Lzdvmu
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 W5zlU2
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 UN7J6$!Cx7
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 xGo,x+U*
至此链式操作完美实现。 <ly.l]g
[E4#|w
ewp&QH4
七. 问题3 Nt
P=m
@
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 2j*o[kAE
!;COFR
template < typename T1, typename T2 > Nk&$b
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const aW7)}"j4
{ ew\ZF qA;
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Q*l_QnfG
} LM?UV)
8ZvozQE
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: wU)vJsOq
7~7_T#dTh
template < typename T1, typename T2 > /GMT
struct result_2 Mh*^@_h?
{ }@avGt;v
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; }^}ep2^
} ; Jevr.&