一. 什么是Lambda "@,}p\
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 o J;$sj
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, rguC p}r
\d$!a5LF}
_n>,!vH
%&t<K3&Yh
class filler ,7K`[
{ wz ~d(a#
public : PBkt~=j
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} O]1(FWYy
} ; tT?cBg{
t |A-9^t'!
(0y~%J
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: WlBc.kFck
s#=7IH30
m5Di=8
]}2ZttQ?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); '}bgLv
;cN{a&
nt7.?$
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 "vE4E|
E\pL!c
:${HQd+
zu|\fP
二. 战前分析 (n9gkO&8"
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。
`~CQU
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 03S]8l
HBx=\%;n
Z^MNf
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Dy8r 9
/* --------------------------------------------- */ cY. bO/&l
vector < int *> vp( 10 ); agW@{c
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ysf~|r4s
/* --------------------------------------------- */ ,f;}|d:r
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 2Dj%,gaR
/* --------------------------------------------- */ >%8KK|V{
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); )+t0:GwP`:
/* --------------------------------------------- */ =]Jd9]vi
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); _Qi&J.U>
/* --------------------------------------------- */ *>qp:;,DKP
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 7,9=uk>0\
M, mvys$
R/>@+
PxkOT*
看了之后,我们可以思考一些问题: PQ$%H>{
1._1, _2是什么? +-CtjhoS
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。 2n"V}p>8i#
2._1 = 1是在做什么? N7
$I^?<
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 :^3LvPM
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 g0ly
i3'9>"`
@xYlS5{
三. 动工 k4y'b
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: %
0+j?>#X
1gN=-AC
R>mmoG}MQ[
]R9HyCl&a6
template < typename T > qfRH5)k
class assignment 5 -RsnF
{ +<3XJ7D
T value; j@uOOhy
public : (7=!+'T"
assignment( const T & v) : value(v) {} RxWVe-Dg
template < typename T2 > K':;%~I
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } o@i#|kx,
} ; ?[Q3q4
yx&51G$
&/]Fc{]^$f
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 :; fHDU|
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment |kV*Jc k
q6`b26
mahJSz(3
ktBj|-'>
class holder ZO$m["|
{ v+#}rUTF
public : 7f!YoW;1
template < typename T > ^qQZT]
assignment < T > operator = ( const T & t) const |My4SoOF
{ FOy|F-j
return assignment < T > (t); k:F9. j%*
} kH7(@Pa
} ; 3e;^/kf<9
=wOm}V8N&
OGg># vj,s
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: po Vx8oO8
bU:EqW\( ^
static holder _1; -^h' >.
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 k=JrLfD4
T1Z;r*}
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ={d>iB yq
而不用手动写一个函数对象。 O5kz5b>Z
A5R<p+t6
,-d0b0
RA'M8:$
四. 问题分析 $jI3VB
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 9s$CA4?HP
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。 f"SD/]q-
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 m\r@@!
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ![_*(8v}S
下面我们可以对这几个问题进行分析。 \T :i{.i
6BbGA*%{
五. 问题1:一致性 |G,tlchprs
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?| "(z5{z?S
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 vyX\'r.~7
r6}
|hpJ8
struct holder Q)"Nu.m
&
{ 7k9G(i[-+
// 3|4|*6
template < typename T > `e|0g"oP
T & operator ()( const T & r) const <vh/4
{ kJzoFFWo$
return (T & )r; 6qoyiT%P&
} [] `&vWZ
} ; _'>oXQJ
``Dq
这样的话assignment也必须相应改动: s!c`=
e .2ib?8
template < typename Left, typename Right > {kCw+eXn?
class assignment p~^D\jR.
{ 'H&2HXw&2
Left l; XJ` ]ga
Right r; PHXZ=A+
public : KB`!Sj\
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} L>9V&\
template < typename T2 > G{ sOR
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } aM2l2
} ; 3z)Kz*xr
r1.nTO%
同时,holder的operator=也需要改动: o+QE8H43
"2P&X
template < typename T > r(aLEJ"u?
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const /F-qP.<D,r
{ UAFwi%@!-q
return assignment < holder, T > ( * this , t); Vq5k+3W+
} W<$Z=(_v
gp^5#
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 6@e+C;j=
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 iH@yCNE"
cU@SIJ)
return l(rhs) = r; v'qG26
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 )5%'.P>
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: {QZUDPPR
o/6-3QUak
template < typename Tp > Wi2WRJdyu
class constant_t Ib\iT:AJ
{ v:o({Y 1Aq
const Tp t; 8V)^R(\;
public :
L %K\C
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} F\AX:
template < typename T > (
Qcp{q
const Tp & operator ()( const T & r) const "@d[h ,TM
{ OQT;zqup
return t; #iWSDy
} m&\h4$[kql
} ; S<u-n8bv
U,gti,IX^
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 2?,EzBeal
下面就可以修改holder的operator=了 .k9{Yv0
x~{;TZa[I
template < typename T > {%{`l-
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const `v}%33$hA
{ 8J~1-;
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); !Mim@!5M
} ^Au _U
[y)`k@
同时也要修改assignment的operator() mG`e3X6@-
T[4<R 5}
template < typename T2 > )h|gwERj
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } eDJfU
现在代码看起来就很一致了。 ~aOuG5XK
./D$dbu3
六. 问题2:链式操作 IlE_@gS8
现在让我们来看看如何处理链式操作。 UkHY[M7;
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。 =gvBz | +
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。 r8&^>4
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。 OD 3f.fT
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct On@<J&%
_~tEw.fM5
template < typename T > AfP'EP0m
struct result_1 RE=+Dz{
{ Sh,&{z!
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Nl9I*x^e
} ; @qjfZH@
]M[#.EX
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: UybW26C;aU
n;p:=\uN
template < typename T > !F4@KAv
struct ref x^y" <
{ /`;n@0k>2
typedef T & reference; <[J[idY1he
} ; a9Z%JS]
template < typename T > Cb@3M"1:
struct ref < T &> "zY](P
{ G0{H5_h
typedef T & reference; M- 2Tz[
} ; c$`4*6
:nS;W
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: lR`'e0Lq
$DC*i-}qFg
template < typename T > P^Q[-e{
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const j:&4-K};Z`
{ 8W+gl=C~
return l(t) = r(t); eo!zW
} 6PF8
/@Nh
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 8?O>ZZtu
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 )wtaKF.-
KkMay
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 ,j ',x\
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: qcJft'>F
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 KZe)K_1[
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 XJ+6FT/qss
最后的布局是: -/dEsgO
Add o}'bv
/ \ )|<_cwz
Divide 5 dj&}Gedy
/ \ vhT_=:x
_1 3 G02m/8g3
似乎一切都解决了?不。 +wk`;0s A
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 /_-;zL
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 'QH1=$Su
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: b2&