一. 什么是Lambda +#"Ic:
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 GN"LU>9|
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, [67f; ?b
<+JFal
XlcDF|?{.
GM5 6xZ!2T
class filler k.f:nv5JO
{ :qKY@-t7H
public : E6\~/=X=%
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} FrM~6A_
} ; TZ_'nB~
'Bn_'w~j{
4U1fPyt
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: e$|)wOwU
&zDFf9w2{
ba:^zO^
`fh_8%m]*
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); s|`)'
03\8e?$
n&&U9sf?
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 f;dU72]q+
X51$5%
tce8*:rNH
dV*rnpN
二. 战前分析 }ZGpd9D
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 <G =@Gl
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 F09AX'nj
QRa6*AYm
n,LKkOG
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); P&,cCR>
/* --------------------------------------------- */ VQ}3r)ch
vector < int *> vp( 10 ); -\v8i.w0
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ee[NZz
/* --------------------------------------------- */ [<$d@}O
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); iFchD\E*o
/* --------------------------------------------- */ ?2>v5p
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); nit7|T@^
/* --------------------------------------------- */ .Q@'O b`
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); |^!@
/* --------------------------------------------- */ 84cH|j`w
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); (ZsR=:9(
m(]IxI
o:*iT=l
!}48;P l
看了之后,我们可以思考一些问题: 2 -8:qmP(
1._1, _2是什么? GQWTQIl]
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。 IV*$U7~
2._1 = 1是在做什么? )C6 7qY[P
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 z5w|+9U
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 !qv;F?2
<g
p$ v +L
y5h[^K3
三. 动工 f/m6q8!L{
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: >*CK@"o
-2d&Aq4m)
(Ad!hyE(
T0jJp7O
template < typename T > )5x?Qn (B
class assignment _"`h~jB
{ P://Zi6>
T value; Ry3 f'gx
public : Z8UM0B=i
assignment( const T & v) : value(v) {} pQ8+T|0x
template < typename T2 > 5!*a,$S
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } UlytxWkUX
} ; 4F!d V;"Z(
PD4E&k
LcF3P
4
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 }FVX5/.'
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment g.s oNqt=
#m>mYp8E.5
F{tSfKy2
K4~Ox
class holder pT tX[CE
{ qI@_
public : <X*8Xzmv
template < typename T > 3s2M$3r)6
assignment < T > operator = ( const T & t) const eH{ 9w8~
{ SGm?"esEt
return assignment < T > (t); Ea?.HRxl
} c2/HY8ttRD
} ; 7/L7L5h<
1O4"MeF
M='Kjc>e
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: w3D_ c~
*2F}e4v
static holder _1; !4:,,!T
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Km7
~l~g0J
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %3j5Q
而不用手动写一个函数对象。 >^&+,*tsS4
-yeT $P&|
\Z':hw
Sqs`E[G*
四. 问题分析 pyKag;ZtP
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 CCV~nf
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 {QID @
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 d/1XL[&
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 yhaYlYv[_3
下面我们可以对这几个问题进行分析。 @#apOoVW>
V_!i KEU
五. 问题1:一致性 )Yml'?V"
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| uc_
X;M;
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 q@:&^CS
pC6_
jIZ
struct holder n>WS@b/o
{ GSp1,E2J
// Cp%|Q.?
template < typename T > 2olim1
T & operator ()( const T & r) const I1gu<a
{ ;QYK {3R?
return (T & )r; 9=|5-?^
} Z>l>@wN m
} ; Ty=}A MMyE
v,;?+Ck
这样的话assignment也必须相应改动: amRtFrc|
>EY0-B
template < typename Left, typename Right > P]n
'q
class assignment X6)LpMm
{ nFqMS|EN
Left l; c\Dv3bF
Right r; >qE$:V"_5
public : XL:7$
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} :|a[6Uwl\V
template < typename T2 > :O7J9K|
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 3r\QLIr L8
} ; nMhc3t
X\;y;pmRH
同时,holder的operator=也需要改动: /SiQw7yp%
$)U
RY~;i
template < typename T > @:63OLlrG
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const >2a~hW|,
{ LE;c+(CAU
return assignment < holder, T > ( * this , t); %X3T<3<
} 5J,vH[E
bu]bfnYi9
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。 B4kIcHA
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 !Ej<J&e
ZM" t.
return l(rhs) = r; ?^dyQhb
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。 \?j(U8mB>
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 8:f(PN
w"~T5%p
template < typename Tp > {0?76|
class constant_t ,q4 Y
N-3
{ ZR1EtvVG
const Tp t; /#tOi[0[
public : *`kh}
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} &:rf80`z.
template < typename T > ){v nmJJ%
const Tp & operator ()( const T & r) const J&Ah52
{ Qi9SN00F.
return t; ;yr'K
} , vWcWT
} ; c5JxKU_
MD +Q_
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 #}.db?[Rv
下面就可以修改holder的operator=了 i9d.Ls
Qk((H~I}
template < typename T > bS*9eX=K
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const bFcI\Q{4
{ T!8,R{V]4
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); $(BW |Pc
} 8IO4>CMkv
,+WDa%R
同时也要修改assignment的operator() _T1|_9b
YtFtU;{
template < typename T2 > >y5~:L
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Up~#]X
现在代码看起来就很一致了。 -{^Gzui
<%!EI@N
六. 问题2:链式操作 n;[d{bU
现在让我们来看看如何处理链式操作。 rAgb<D@,H
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 0y*8;7-|r)
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 Pwf":U)
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 wtK+\Qnb
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ->d3FR
3= PRe
template < typename T > @PutUYz
struct result_1 J%{>I
{ F.4xi+S_
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; m)V%l0
} ; Tv!zqx#E
X-=49)
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: NSZ9M%7
#V@[<S2
template < typename T > ? g}G#j
struct ref m;'ebkq
{ L\aG.\
typedef T & reference; 1GE[*$vuq
} ; ^8OK.iC
template < typename T > bZLY#g7L"
struct ref < T &> 0
*2^joUv
{ m9 1Gc?c
typedef T & reference; Vmt$]/
} ; /@ m]@
Cs))9'cD]
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ;X , A|m$(
a[I
: ^S
template < typename T > Qhy!:\&1
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const }Y:V&4DW
{ -%,=%FBi~4
return l(t) = r(t); Xh+;$2l.B
} =bgWUu\F
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。 R.(PZC vS
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 WUrE1%u
pLSh
+*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 d^#p
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ? fW['%
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 wDR/Vr"f
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 AT%6K.
最后的布局是: u:.w/k%+
Add CVE(N/&b
/ \ 6dgwsl~
Divide 5 tTOBKA89
/ \ z;DNl#|!L
_1 3 :er(YWF:
似乎一切都解决了?不。 LY-,cXm&|
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。 1%ENgb:8
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。 zX lcu_rc
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: dIW@L
ml@;ngmp.
template < typename Right > ?8N^jjG
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const _AzI\8m
Right & rt) const ;.'?(iEB
{ ncqAof(/
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); [;H-HpBaa
} G 9|2
KUG
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ,p{naT%R
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。 p4V* %A&w
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。 Qk? WX
(`B
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。 1w~PHH`~
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。 (n`]
sbx
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? \3OEC`
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: M287Z[
P -NR]f
template < class Action > O}>@G
class picker : public Action .fbY2b([
{ FQJiLb._Z
public : a*-9n-U@[k
picker( const Action & act) : Action(act) {} M6mgJonN|
// all the operator overloaded L&c
&
<+0T
} ; 58XZ]Mc0
9dq"x[
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。 3_<l`6^Ns/
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: ,A'| Z
Q7rBc
wm5
template < typename Right > 0N^+d,Xt.
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const U$mDAi$
{ fGb}V'x}r
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); G<M0KU(
} )7 q"l3e"u
(P`=9+
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > OHi.5 (
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。 y{/7z}d
t5%cpkgh4
template < typename T > struct picker_maker _tJt
eDRY
{ s]%Cz \
typedef picker < constant_t < T > > result; o`QNZN7/}
} ; uLafO=Q
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Z/%FQ
{ /i3JP}
typedef picker < T > result; D#UuIZ
} ; '{cSWa|
#
n1J u=C
下面总的结构就有了: `mzlOB
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。 y92R}e\M
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。 /1MmOB
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 gYhY1Mym
至此链式操作完美实现。 N2O *g`YC
/kY9z~l
S7)qq
七. 问题3 UxL*I[z5
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。 ao2^3e
3Rc*vVnI
template < typename T1, typename T2 > K f/[Edn
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const H"FK(N\
{ gom!dB0J
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); \P*_zd@%
} F%h3?"s
T9
/;$6s*
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: >E>yA d
C3}:DIn"w
template < typename T1, typename T2 > @khFk.LBD
struct result_2 1Ng+mT
{ =0pt-FQ
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; /?eVWCR
} ; umIGI
zY*9M3(X
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? ;cXw;$&D
这个差事就留给了holder自己。 UJL2IF-x
XVqOiv)
_#u\ar)
template < int Order > OP`f[lCiL
class holder; d5$D[,`1
template <> /K#k_k
class holder < 1 > fOV_ >]u
{ *4}_2"[
public : uzBQK
template < typename T > 0~bUW V
struct result_1 FJ_7<4ET
{ ;Z]Wj9iY
typedef T & result; }R%H?&P
} ; yp#!$+a}
template < typename T1, typename T2 > vqSpF6F
q
struct result_2 JT?u[pQ^
{ 4!IuTPmr
typedef T1 & result; =Kd'(ct
} ; >v]^nJl
template < typename T > 7*l$i/!
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 7?*+,Fo#
{ eFG/!b<17
return (T & )r; 5(+9a
} =Hg!@5]H
template < typename T1, typename T2 > rYb5#aT[
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const YvJFZ_faX
{ Y4rxnXGw
return (T1 & )r1; \ %Mcvb.?
} aJ'Fn
} ; F7DA~G!
g-eJan&]N
template <> NiZfaC6V
class holder < 2 > ?2]fE[SqY
{ \Y4(+t=4
public : ui%#f1Iq
template < typename T > }J# HIE\RG
struct result_1 OG5{oH#K
{ "`qk}n-
typedef T & result; Va8
}JD
} ; 8 0tA5AP
template < typename T1, typename T2 > wW%b~JX
struct result_2 ~<[+!&<U
{ 2Re8rcQQU
typedef T2 & result; G"/;Cq=t
} ; /HdXJL9B
template < typename T > L^JU{\C
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const %Psg53N
{ YK/? mj1x
return (T & )r; &W\e 5X<A
} zDvV%+RW)
template < typename T1, typename T2 > t/[2{'R4
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 'gY?=,dF>
{ p/{%%30ke
return (T2 & )r2; I):c#
} m6i ,xn
} ; tj;47UtH
sl$6Zv-l%0
sX"L\v
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 =F\Xt "
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: {,Z|8@Sl%
首先 assignment::operator(int, int)被调用: E-WpsNJ)X
%Xc,l Y1?
return l(i, j) = r(i, j); W>TG?hH
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) n*[ZS[I
^]o
H}lwO
return ( int & )i; -
|pe D
L
return ( int & )j; ;`
L%^WZ;-
最后执行i = j; H,D5)1Uu
可见,参数被正确的选择了。 ]WMzWt:L
@fA{;@N
`oMZ9Gq2E
#x.v)S
g[~{iu_$d
八. 中期总结 ]Gi&:k
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: G ]h
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 oaj.5hM
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 :Quep-:fy<
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor 7)U
ik}0
jGouwta
MsI R ~
;gL{*gR]S
"EpH02{i
}k.yLcXM
九. 简化 `\@n&y[`7
很明显,要支持一个操作符所要做的工作太多了,而且在每个functor中申明result_1至result_n,可见如果n发生变化,维护的开销极大。 mx)!] B"
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 #e.x]v:
首先,我们注意到result_x的形式很统一。对于各种操作符,其返回值无非下列几种: =R:O`qdC4e
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 P<>NV4
+-*/&|^等 +tk`$g
2. 返回引用。 U`[viH>K
=,各种复合赋值等 BvvjaC
3. 返回固定类型。 G+fo'ThG
各种逻辑/比较操作符(返回bool) F=Xb_Gd`
4. 原样返回。 $%$zZJ@/
operator, aEzf*a|fSV
5. 返回解引用的类型。 |fyzb=Lg
operator*(单目) kB?/_a`]
6. 返回地址。 :2KPvp7?
operator&(单目) mxEe
-q
7. 下表访问返回类型。 )*_G/<N)|
operator[] vJs6nVbK
8. 如果左操作数是一个stream,返回引用,否则返回值 rV\G/)xL
operator<<和operator>> R1SFMI
'__>M>[
OK,这样我们将返回值类型总结为以上8种,就可以将各种result_x从functor中剥离出来了。 jv v=
例如针对第一条,我们实现一个policy类: rI\5djiYJ
Jqzw94
template < typename Left > r<kgYU`
struct value_return _8 r'R
{ <r <{4\%}
template < typename T > &_]G0~e
struct result_1 8+Tv@
{ rMVcoO@3
typedef typename const_value < typename Left::template result_1 < T > ::result_type > ::value_type result_type; ^O<v'\!z-
} ; IG|u;PH<
YFu>`w^Y
template < typename T1, typename T2 > fn/?I\
struct result_2 3{.]!
{ dSKvs"
typedef typename const_value < typename Left::template result_2 < T1, T2 > ::result_type > ::value_type result_type; /pkN=OBR
} ; (xvg.Nby
} ; W{Je)N
(`slC~"
3=U#v<
其中const_value是一个将一个类型转为其非引用形式的trait W%5))R$
ZD]{HxGL!
下面我们来剥离functor中的operator() yp4[EqME
首先operator里面的代码全是下面的形式: g?|Z/eVJ
,d*1|oUw
return l(t) op r(t) G>:v1lde
return l(t1, t2) op r(t1, t2) #-Mr3
return op l(t) *jQ$\|Y
return op l(t1, t2) [(g2u@
return l(t) op %5+X
return l(t1, t2) op J~J+CGT~2
return l(t)[r(t)] _'Jjt9@S
return l(t1, t2)[r(t1, t2)] |wJdp,q R
[z\baL|
很自然的,我们会想到用函数替代这种操作符行为以获得更加一致的形式: ^w%%$9=:r
单目: return f(l(t), r(t)); F0&ubspt