一. 什么是Lambda {y%cTuC=
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 qGXY
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, l8~s#:v6X
%Ek!3t
Q nTKo&|9
4Nl3"@<$
class filler "sU jJ|
{ AeR*79x
public : {bP
)Fon
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} [lz#+~rOS
} ; \n<9R8g5
mFgrT
Z'!i"Jzq|{
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: ?_t_rF(?6
r T"3^,,
)C>8B`^S
#;])/8R%
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); NyR,@n1
H{et2J<H
B(1WI_}~
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 cfC}"As
V)Sw\tS6g
7SJbrOL4Q-
;u*I#)7
二. 战前分析 %:!ILN
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。 <;lwvO
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 ey@{Ng#
TFG0~"4Cz
`V2doV)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); HJ+Q7)
/* --------------------------------------------- */ <
UD90}
vector < int *> vp( 10 ); dJF3]h Y
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1);
1}Th@Vq
/* --------------------------------------------- */ QJF_ "
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); "DC L
Z
/* --------------------------------------------- */ g-4j1yJV<
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); JI[{n~bhGD
/* --------------------------------------------- */ z)ndj
1,#)
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Sfa;;7W@R
/* --------------------------------------------- */ p|>m 2(|
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ;Sl%I+?
KsSIX
-nQ(.#-n
x8o/m$[,=u
看了之后,我们可以思考一些问题: ?3y>K!D(A
1._1, _2是什么? QmC#1%@a
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 c+upoM
2._1 = 1是在做什么? MG,)|XpyWJ
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ZV;~IaBL
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 `d}t?qWS;F
#H]c/
8/<+p? 3p>
三. 动工 U'LPaf$O
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: kD
me>E=
i<{:J -U|
fb[? sc
b#(X+I
template < typename T > tTbfyI
class assignment UCo`l~K)qg
{ Z]XjN@j"
T value; ~7wLnB
public : wlFK#iK
assignment( const T & v) : value(v) {} &N*l ?7(
template < typename T2 > c"diNbm[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ! NJGW
} ; TDX~?>P
cI'su?
+y^'\KN
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 #x6EZnG
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ct@3]
XzBlT( `w
#sE:xIR
#y
f
class holder &ZL4/e
{ aA]wFZ
public : :W#?U yo
template < typename T > D
`av9I
assignment < T > operator = ( const T & t) const L;=3n[^x
{ a1shP};pK
return assignment < T > (t); OkMAqS
} Gi\Z"MiBZ
} ; SB`xr!~A]
Y,?kS
dS
d~q7!
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: (6i4N2
40O@a:q*
static holder _1; q2U?EP{8~
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 32Wa{LG;2
`{NbMc\
]
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); B r6tgoA
而不用手动写一个函数对象。 <tW/9}@p9
sB!6"D5
:<v@xOzxx
YIF|8b\
四. 问题分析
aTkMg
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。 CIVV"p`}
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。 oA8A
@,-L
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 h!`KX2~
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 yQ!keGj
下面我们可以对这几个问题进行分析。 N|%X/UjZ2.
`7oYXk
五. 问题1:一致性 /m4Y87
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?| l{Et:W%|
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 8Vy/n^3)
m95]
z18T'
struct holder NU"L1dK
@
{ 4n*`%V
// U|b)Bw<P
template < typename T > ZAgtVbO7
T & operator ()( const T & r) const >`<qa!9
{ o7^0Lo5Z?
return (T & )r; </b_Rar
} %pLqX61t=
} ; z'*{V\
(+}44Ldt
这样的话assignment也必须相应改动: PbfgWGr
U?ZWDr"*`w
template < typename Left, typename Right > E)|Bl>
class assignment fOdX2{7m
{ 7d/I"?=|rA
Left l; BY':R-~(
Right r; >vXS6`;
public : u
$B24Cy.
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} :m36{#
template < typename T2 > !$#5E1:\
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } >>cL"m
} ; n] t3d
LP/SblE
同时,holder的operator=也需要改动: a*t>Ks'C
LYiIJAZ.
template < typename T > D~M*]&
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ^>^h|$
{ "N)InPR-
return assignment < holder, T > ( * this , t); -j@IDd7
} ^])s\a$
\odns
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。 $~\Tl:!#?
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 7X>*B~(R
DcG=u24Xy!
return l(rhs) = r; \Y`psSf+
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Ua4P@#cU
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 6R*eJICN
7`e<H 8g
template < typename Tp > {R/e1-;
class constant_t ~S$ex,~
{ Ec^2tx"=
const Tp t; b}*q*Bq
public : 5=Y(.}6
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} E(&zH;?_
template < typename T > pD }b $
const Tp & operator ()( const T & r) const TmK8z
{ ~qXwQ@
return t; )\7Cp -E-W
} h,6> ^A
} ; SwaMpNXL
phB d+zQc
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 m_FTg)_=
下面就可以修改holder的operator=了 7PwH&rI
Ocz21gl-?`
template < typename T > *_]fe&s=%
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const $.31<@T7
{ 'v=BAY=Ef
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ap,zC)[
} MZqHL4<|
,XI=e=
同时也要修改assignment的operator() g4{0
G_5w5dbG
template < typename T2 > T!Lv%i*|Y
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } %Aa_Bumf*:
现在代码看起来就很一致了。 )6eFYt%c
K92M9=>
六. 问题2:链式操作 @, AB2D
现在让我们来看看如何处理链式操作。 O&}R
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 rDu?XJA
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 KuEM~Q=
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ggpa!R
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct l@]Fzl
d*=qqe
H
template < typename T > #WGyQu
struct result_1 C%j@s|
{ ad52a3deR
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; OL^DuoB4q
} ; c8HETs1
ywB0
D`s'
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: h 0)oQrY
NRk^Z)
template < typename T > O;T)u4Q&3
struct ref %eGD1.R
{ M'oQ<,yW-
typedef T & reference; Xn5LrLM&
} ; c{39,oF
template < typename T > j 20mZ
struct ref < T &> )q/brCq
{ xK4E+^ b
typedef T & reference; |CK/-UG}
} ; k^K%."INn
uKB V`I
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: :qV|rih_Q
jS5K:yx<
template < typename T > 7|Iq4@IT
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const E.-2 /'i
{ )}vUYTU1
return l(t) = r(t); tf1Y5P$
} Mko,((>I1
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。 }uO2x@
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 4{b/Nv:b
v+dT7*^@
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 ha9 dz
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: (C%qA<6
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 t+j dV
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 3M'Y'Szm
最后的布局是: PWfd<Yf!
Add = N:5#A
/ \ . TNJuuO
Divide 5 Zc*#LsQh.`
/ \ ?+$EPaC2
_1 3 P(3$XMx
似乎一切都解决了?不。 n@S|^cH
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。 ^,[gO#hgz
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。 a t=;}}X
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: e`)zR'As
f9'dZ}B
template < typename Right > B74]hgK
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Hl8\*#;C&>
Right & rt) const kq(]7jU$[
{ h*sL' fJ]
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); n:Dr< q.
} g%D.sc)69
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 0 4oMgH>Vd
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。 XHY,;4
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。 5z"
X>!?^
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。 "\M3||.!
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。 "tj]mij2)G
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? [.;8GMW
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: cl M6R
-&QpQ7q1
template < class Action > NI C.c3
class picker : public Action ;:bnLSPo
{ $us7fuKE
public : lH"VLO2l
picker( const Action & act) : Action(act) {} 1W9uWkk_d
// all the operator overloaded 9FF
} ; ^a#W|-:
4hn'b[
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 RVpo,;:
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: C4|79UG>s
j"&Oa&SH
template < typename Right > /EL3Tt
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const lnV!Xuf
{ cQ0+kX<
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Tcq@Q$H
} SWNT}{x]
_G%kEt_4
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > jLEO-<)-)
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。 c2d1'l]n
nNRc@9Lt
template < typename T > struct picker_maker 2V$YZSw6q
{ WTZuf9:
typedef picker < constant_t < T > > result; |s!n7%|,7
} ; }IKU^0M9<T
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > =':B
{ F_V/&OV
typedef picker < T > result; }w)wW1&
} ; 6O'Y@9#
}jg,[jw_"X
下面总的结构就有了: >E>'9@Uh
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 qi8~bQ{rH
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 f^[m~
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 {65_k
至此链式操作完美实现。 YO;@Tj2)x
gyCXv0*z
`,FhCT5
七. 问题3 ''.\DC~K
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 QVD^p;b
%O>_$
4q
template < typename T1, typename T2 > Q?dzro4C
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const "}<baz
{ P_M!h~
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Lvn+EM
}
_,*QJ
q)tNH/
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: S#\Cyn2(t
59(} D'lw>
template < typename T1, typename T2 > >< Qp%yT
struct result_2 IpVtbDW
{ U@)WTH6d
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 7#9fcfL
} ; ~8[`(/hj
j8ac8J,}c
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? RNX>I,2sh
这个差事就留给了holder自己。 CbT ;#0
wd
Di5-A4
tj
tN<