一. 什么是Lambda Y"qKe,
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 U 7mA~t2E
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, DVCO(
fz
L B`=+FD
}G^Bc4@b
0CXh|AU
class filler XE8~R5
{ L~e\uP
public : 2 mM0\ja
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} &_X6m0z
} ; |lH~nU.*
9^l[d<
&t)dE7u5
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: 9y=$|"<(
K07SbL7g!p
VYw
vT0
{SH+lX0]{
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ZUGuV@&-T
mq~rD)T
6GVj13Nr
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 -$Bom
qc^u%
zrfE'C8O
' k~'aZ
二. 战前分析 0{|ib !
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|U48j1A
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 z9mmZqhK\
gs;3NW
(lv|-Phc.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); RFF&-M]
/* --------------------------------------------- */ Jp)>Wd
vector < int *> vp( 10 ); n]&/?6}
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); GRpS^%8i@
/* --------------------------------------------- */ F@Bh>Vb
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); d ; (&_;
/* --------------------------------------------- */ O+Z[bis`
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); h%e}4U@X
/* --------------------------------------------- */ Id8^6FLw
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); $Yfm>4
/* --------------------------------------------- */ I!bzvPJ]xc
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); AHsp:0Ma#
xLht6%o*
'A91i
3UeG>5R
看了之后,我们可以思考一些问题: j^A0[:2
1._1, _2是什么? gE8=#%1<
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 S-[]z*
2._1 = 1是在做什么? w
<zO
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 x7$U
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。 $q#|B3N%
v8!
1"FYL
X$,#OR
三. 动工 2YvhzL[um
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 0Eq.l <
MsOO''o
Ko% &~C_
V^Wo%e7#u[
template < typename T > Alh"G6
class assignment b6=.6?H@4f
{ k#k !AcC
T value; xQs2)
public : 2%g)0[1
assignment( const T & v) : value(v) {} Te?UQX7Z}M
template < typename T2 > b;\qF&T
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } [.tqgU
} ; @
?y(\>
6L@g]f|Y@
=!3G ,qV
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 r.M8#YL
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment {UT>>
*C
p1t9s
N,
"El$Sat`
+=I_3Wtth
class holder u->UV:u
{ PQAN ,d
public : C`OdMM>D
template < typename T > * bmdY=#7
assignment < T > operator = ( const T & t) const K1RTAFf /
{ 4&/u1u0
return assignment < T > (t); SZJ~ktXC-V
} jM1|+o*Wr
} ; $5nOi aQL
#tG/{R
N(mhgC<O
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: -[OGZP`8
*1iJa
static holder _1; +GMM&6<
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 K9
'/
3..3k
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); NwM =
而不用手动写一个函数对象。 -WP_0
u{=(]n
'LIJpk3J
Q%~b(4E^7P
四. 问题分析 reLYtv
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 m<005_Z0Q
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 >L#&L?#
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ~]?Q'ER
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 &s_O6cqgh
下面我们可以对这几个问题进行分析。 e$QX?y .
$A6'YgK
五. 问题1:一致性 ;<0Q<0G
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| cF_`m
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 S*rgYe!E
w'ZL'/d
struct holder m *8[I
{ O?NAbxkp
// @u3K.}i:g
template < typename T > |0n h
T & operator ()( const T & r) const l epR}
{ ->&AJI0
return (T & )r; 2J rr;"r
} -?<wvUbR{
} ; q{Hk27kt
E,E:W uB
这样的话assignment也必须相应改动: _m0HgLS~
rFZB6A<(]
template < typename Left, typename Right > 5~4I.+~8
class assignment nab:y(]$/
{ j y{T=Nb
Left l; PH97O`"
Right r; hu[=9#''$
public : q5:-?|jXJ
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ],R rk]1
template < typename T2 > a^i`DrX
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } yyxGVfr
} ; -wlob`3
laqKP+G
同时,holder的operator=也需要改动: |{cdXbr
?rXh
x{vD
template < typename T > & PrV+Lv
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const =K{$?%"
{ z.oDH<1
return assignment < holder, T > ( * this , t); ?qYw9XQYL
} Zu:cF+hl
#wbaRx@rc
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 Wcn3\v6_
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Y&`Vs(
hJ#U;GL
return l(rhs) = r; ~\DC
)
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Sj(uc#
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: sIdo(`8$
QsI#Ae,O#;
template < typename Tp > zTrAk5E
class constant_t c3&F\3
{ WaF<qhu*
const Tp t; -vwkvNn8
public : "cRc~4%K
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} J]nb;4w
template < typename T > ?mS798=f
const Tp & operator ()( const T & r) const C*ZgjFvB
{ Xj"/6|X
return t; LslQZ]3MY
} `R0>;TdT
} ; lYT}Nc4"="
CjORL'3
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 :2Qm*Y&_$V
下面就可以修改holder的operator=了 `rW{zQYM
:+ @-F>Q
template < typename T > h1G]w/.ws
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Y}'C'PR
{ Df02#493
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); zC!]bWsD
} z|F>+6l"Y7
tc\LK_@$/F
同时也要修改assignment的operator() EonZvT-D=
FIlw
template < typename T2 > NWNH)O@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } +cM; d4
现在代码看起来就很一致了。 p9XHYf72
(\.[pj%-O
六. 问题2:链式操作 lZV]Z3=p'0
现在让我们来看看如何处理链式操作。 e<YC=67n)
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。 +|r;t
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。 jii2gtu'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。 SG
|!wH^
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct t*zve,?}
BqP:]
template < typename T > : RnjcnR
struct result_1 KMhoG.$Ra
{ QE)I7(
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; IJx dbuKg
} ; = t<!W
-aLBj?N c[
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: HI#}M|4n
ch1EF/"
template < typename T > ./jkY7
k
struct ref q`E6hm
{ 0aSN8
typedef T & reference; )NRY9\H
} ; djqSW9
template < typename T > c%>t(ce`Tl
struct ref < T &> heZJ(mR
{ jWiZ!dtUZ
typedef T & reference; ~^$ONmI5
} ; H.XD8qi3W
^=bJ
_'
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: huWUd)Po%
*'`ByS
template < typename T > ,~X^8oY
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const V!3G\*$?
{ -WE pBt7*
return l(t) = r(t); bPC {4l
} [{6]i J
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 \r^=W=
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Sq %BfP)a(
35) ]R`f
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 dwv xV$Nt
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ?{\8!_Gvsl
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 u3Z*hs)Z%
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 s!nFc{
最后的布局是: /$\yAOA'y
Add k )Z?
/ \ %<O'\&!,
Divide 5 7.CzS
/ \ {3yzC
_1 3 ]x:>~0/L
似乎一切都解决了?不。 VhT4c+Zs
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 k`Ab*M$@Xs
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。 /XEcA5C<
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: Au#(guvm
0?BT*
template < typename Right > Ooc,R(
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Zla5$GM
Right & rt) const Ag }hyIl
{ ?qAX *j
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ]n${j/x
} GuQ3$B3j
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 7XT2d=)"
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。 8UwL%"?YB
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。 `O.*qs5
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。 FfI$3:9
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 m=z-}T5y!T
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? -kq=W_
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: o
]2=5;)
,COSpq]6
template < class Action > (:,N?bg
class picker : public Action @{@x2'-A
{ 1{_tV^3@
public : fxI>FhU_
picker( const Action & act) : Action(act) {} ]]d9\fw
// all the operator overloaded D}HW7Hnu^
} ; d~g
[Rs5hO
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 j8M}*1
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: -x_b^)x~b7
RSG4A>%!mI
template < typename Right > g (ZeGNV8
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const =4\|'V15
{ K*'(;1AiW
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); "%D+_Yb'X
} c;Hf +n
mc?5,oz;pz
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > A~\:}PN
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 tB &D~M6[
6?+bi\6
template < typename T > struct picker_maker P}~6yX
{ qdCa]n!d
typedef picker < constant_t < T > > result; Rde#=>@V
} ; IxYuJpi
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > oPk 2ac
{ <uU AAHi
typedef picker < T > result; ,'= Y
} ; sw' 20I
R/~j <.s3P
下面总的结构就有了: I/|)?
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 ~kS~v
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 HO41)m+&
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 p"Oi83w;9
至此链式操作完美实现。 "@
Zy+zLU
}pu2/44=W
4Yt:PN2
七. 问题3 ',z'.t
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 &~6Z)}
1e'-rm
F
template < typename T1, typename T2 > }bIEW ho
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const @0A0\2
{ uDafPTF
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); FGr0W|?v
} fH`P8?](x
NJz8ANpro$
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: =NSLx 2:T
qp"gD-,-o
template < typename T1, typename T2 > HGC>jeWd_
struct result_2 Cl\Vk
{ -tF5$pb'
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; #`:60#l
} ; \'GX^0yK
Al$"k[-Uin
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? r@e_cD]
M
这个差事就留给了holder自己。 %HL@O]ftS
TqKL(Qw
E
|w>"oaLN|Q
template < int Order > W`eYd|+C
class holder; 'ujtw:Z:
template <> udqGa)&0
class holder < 1 > I>=7|G
{ |}QDC/
public : 4L^KR_h/
template < typename T > "h_n/}r=
struct result_1 s+yBxgQ/
{ A0oC*/
typedef T & result; 6}L[7~1
} ; +C/K@:p
template < typename T1, typename T2 > *VIM!/YW
struct result_2 e l'^9K
{ 6y%BJU.I
typedef T1 & result; UI<'T3b
} ; hs2f3;)
template < typename T > (vz)GrH>
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const nDiD7:e7=
{
Y_p
return (T & )r; l#~Sh3@L(
} {u9(qd;;
template < typename T1, typename T2 > hAfR Hd
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const )}~k7bb}Y
{ NX@TWBn%
return (T1 & )r1; .m;1V6
} dB<BEe\$g.
} ; Z A1?'
,
y{o!w
template <> 8s?;<6
class holder < 2 > nvu|V3B0
{ ;#EB0TK
public : cw/g1,p
template < typename T > V>g EF'g
struct result_1 F!|Z_6\tv:
{ uEVRk9nb
typedef T & result; AjAmV
hq
} ; zST#X}
template < typename T1, typename T2 > &ad9VB7
struct result_2 me1ac\
{ p
%
3B^
typedef T2 & result; v_{`O'#j^
} ; '}P)iS2
template < typename T > <H}"xp)j0
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const nl*{@R.q @
{ #n{wK+lz
return (T & )r; u<!!%C~+=
} &^63*x;hE
template < typename T1, typename T2 > .Z8 x!!Q*
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const udp&