一. 什么是Lambda 2z0HB+Y}x
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ,C&h~uRi#f
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, jcq(=7j
:jp?FF^j;
?783LBe
'12|:t&7
class filler wmo'Pl
{ QV .A.DK
public : ` V^#Sb
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} bk6$+T=>
} ; ^Y'J0v2
{]D!@87
x;Gyo
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: p+8]H
%
[7I|8
iU%Gvf^?'5
HENCQ_Wra
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); sM5 w~R>Y
^G2vA8%
3lL:vD5(
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 !%s7I^f*
"apv)xdW
Qgx~'9
TJ;v}HSo
二. 战前分析 $\^]MxI
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。 V'mpl
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 2{V|
e#nTp b
3&y
u
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 3@"VS_;?
/* --------------------------------------------- */ --^D)n
vector < int *> vp( 10 ); rXm!3E6JL
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); }?fa+FQGp
/* --------------------------------------------- */ ~36c0 =
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); *(>$4$9n
/* --------------------------------------------- */ wj'iU&aca
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 0x`:jz`
/* --------------------------------------------- */ ycE<7W
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); @nT8[v
/* --------------------------------------------- */ (QRl
-| +
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); #[[p/nAy}A
NXmj<azED
$Ilr.6';
=u'/\nxCF
看了之后,我们可以思考一些问题: @H_LPn
1._1, _2是什么? ZDDwh&h
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ,@!d%rL:4]
2._1 = 1是在做什么? WX=+\`NyJ(
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 P)\f\yb
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 3\WES!
RsOK5XnQn
"LxJPt\
三. 动工 H~~(v52wD
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: yv:NH|,/y
>u/yp[Ky
(w^&NU'e
;<][upn
template < typename T > dY|jV}%T
class assignment F"F(s!
{ /Z@.;M
T value; CTP%
public : cq=R
assignment( const T & v) : value(v) {} 2 sOc]L:9
template < typename T2 > 4dok/ +Ec
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Qdn:4yk
} ; )Z _i[1V
uB^]5sqfk
nx+&
{hn(
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 *7v PU:Q[
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 6,h<0j{
jF5JpyOc
U^YPL,m1
8)tyn'~i
class holder .cabw+&7
{ b;O+QRa
public : 8&;dR
template < typename T > co@8w!W
assignment < T > operator = ( const T & t) const lz*2wGI9
{ @t^2/H
?O
return assignment < T > (t); <|_Ey)1
6
} JQ1VCG
} ; >I!(CM":s$
zc{C+:3$^
2~4C5@SxL
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: P>kx{^
4HHf3j!5
static holder _1; ;'Q{ ywr
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 (j/O=$mJ
Y5 opZG
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); <@=NDUI3*,
而不用手动写一个函数对象。 C;ye%&g>
#.='dSj
gi6_la+
i,HAXPi
四. 问题分析 ,@;<u'1\G
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。 [y:LA~q
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。 =ht@7z8QM
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 EAkP[au.
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 L!G3u/
下面我们可以对这几个问题进行分析。 \[&]kPcDl
')aYkO{%sb
五. 问题1:一致性 ?`XKaD!
f
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?| DXGO-]!!0
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 y*D 8XI$
W{h7+X]Y
struct holder RW)C<g
{ l*u@T|Fc$
// 4jW{IGW
template < typename T > O`=Uq0Vv
T & operator ()( const T & r) const FdqUv%(Em
{ U_~~PCi
return (T & )r; f,#xicSB*
} E*l"uV
} ; x'qgpG}?]
)'g vaT
这样的话assignment也必须相应改动: GND[f}
g;h&Xkp
template < typename Left, typename Right > 9T1G/0k-
class assignment 0d2%CsMS"D
{ tFQFpbI
Left l; z|2liQrf+
Right r; KOQTvJ_#
public : V_pBM
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Vh8uE
template < typename T2 > iiTUhO )
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } e'Pa@]VaC
} ; Cw}\t!*!
+=_Pl7?
同时,holder的operator=也需要改动: 7`}z7nk
ZS+2.)A
template < typename T > q|l|gY1g)
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const -{h[W bf
{ (G VGoh&
return assignment < holder, T > ( * this , t); ?2TH("hV$
} Z7^}G=*
p"@|2a
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。 X`b5h}c
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 t/Fe"T[,V
UU;:x"4
return l(rhs) = r; z#4g,)ZX
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。 E'G>'cW;x
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: =-qsz^^a-
/HRaX!|E#
template < typename Tp > x_K%
class constant_t ~ #CCRUhM
{ J (h>
const Tp t; 1%,Z&@^j
public : l_c?q"X
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} y6/X!+3+
template < typename T > CkU=0mcY
const Tp & operator ()( const T & r) const q~n2VU4L*
{ g&>Hy!v,
return t; F?=u:
} <B`V
} ; 4lA+V,#
ShpnFuH
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 lI 1lP 1
下面就可以修改holder的operator=了 o1Ln7r.
zTLn*?
template < typename T > Pcs@`&}7r
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Q-v[O4y~
{ lND[anB!
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); T8-$[
2
} :3f2^(b~^
' T]oV~H
同时也要修改assignment的operator() `?x$J
6p
&iZYBa
template < typename T2 > kdCOcJB
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } s/M~RB!w
现在代码看起来就很一致了。 J~q+G
kP$gl|
六. 问题2:链式操作 37xxVbik
现在让我们来看看如何处理链式操作。 YW<2:1A|
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。 F6p1 VFs
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。 {%{GZ
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。 aTsfl
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct J|-HZ-Wk|J
sFK<:ka
template < typename T > jhv1 D'>6
struct result_1 cqx1NWlY
{ \]xYV}(FO
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; h>:RCpC
} ; >nQyF
{M/c!
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: E,7~kd~y`
T;@>O^
template < typename T > ]'(7T#
struct ref rzDJH:W{2
{ 4&e@>
typedef T & reference; |@.<}/
} ; BA,6f?ktXS
template < typename T > s.' \&B[
struct ref < T &> RWFf-VA?
{ G:`Jrh
typedef T & reference; M%xL K7
} ; 2<Bv=B
2p>SB/
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Y)}%SP>,
OPW"ABJ
template < typename T > ,<b|@1\k
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const _~Vz+nT
{ ~uadivli
return l(t) = r(t); e"#D){k#
} 4Z9wzQ>
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。 ~+C?][T
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Y,btL'[W
f<Tz#w&6W
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
+yI2s4Z
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: o'/C$E4W
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ;bZ*6-\!-
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 1Uk~m
最后的布局是: vN:[
Add )C]&ui~1
/ \ *Ne&SXg
Divide 5 ROS"VV<
/ \ g ypq`F
_1 3 7CM03R[P
似乎一切都解决了?不。 h6y4Ii
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ><Z3<7K9
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 {@__%=`CCS
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: K#hY bDm
Cfo 8gX*
template < typename Right > Lo5@zNt%W
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const F*t_lN5{
Right & rt) const Xj~EVD
{ 3DC%I79
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); |qcFmy
} 2BX GVo
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 P<!$A
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。 (%y c5+f!
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。 !]+Z%ed`%
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。 5!jNL~M
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。 > '
0 ][~
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? 6h6?BQSE
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: F(9
Y/UXH
.*-w UBr
template < class Action > _iJXp0g
class picker : public Action :dIQV(iW
{ ;'QY<,p[e
public : e ]o'i;I
picker( const Action & act) : Action(act) {} =yX&p:-&
// all the operator overloaded igBrmaY'
} ; o 7W Kh=
gT&