一. 什么是Lambda 3ie
k>'T
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 h]s~w
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, eNK[P=-
OtmDZ.t;`
75zU,0"j
V<J1.8H
class filler [I3Nu8
{ ;=jF9mV.
public : V<W;[#"
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} xdgAu
} ; <Q\KS
2&>t,;v@
4,z|hY_*t
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: VMRfDaO9
ds9'k.
N=KtW?C
A5TSbW']+5
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); abQ.N
{tUe(
t]@>kAA>2L
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 j<*7p:L7_>
94BH{9b5
={sjoMW
uR5+")r@S
二. 战前分析 3NLn}
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"1V]
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 jts0ZFHc-
,"(G
)>:~XA|?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); A}(]J!rc
/* --------------------------------------------- */ A-T-4I
vector < int *> vp( 10 ); _&hM6N
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); W~;Jsd=f
/* --------------------------------------------- */ u9OY
Jo
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); AX8~w(sv
/* --------------------------------------------- */ <VKJ+
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); -je} PwT
/* --------------------------------------------- */ L
AasmQ
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); b;UBvwY_
/* --------------------------------------------- */ tfGs|x
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); j'z#V_S
AAlc %d/9
x2"1,1%H7
BZ?3=S1*
看了之后,我们可以思考一些问题: CF{b Yf^%
1._1, _2是什么? &/]en|f"
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。 "dX~J3$
2._1 = 1是在做什么? 4@@Sh`E:
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。 kg]6q T;Y
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。 J 7R(X
J&>@>47
5MB`yRVv
三. 动工 I]v2-rB&-
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: (yqe4
DJ, LQj
[g/D<g5O
z_$c_J
template < typename T > YQG<Q
class assignment i"0Bc{cQ
{ 5p[}<I{
T value; ~4{q
public : "kyCY9)%
assignment( const T & v) : value(v) {} iAu/ t
template < typename T2 > O@T,!_Zf
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } q>2bkc GY#
} ; 7z4k5d<^_
o{sv<$
xR0T'@q
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 eut2x7Z(c
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment iQgg[
)
%;k Hnl
`s
CwgY+
UPuoIfuqI
class holder 2F:qaz
{ }8ubGMr,Y
public : .d1ff];
template < typename T > 9;e!r DW,#
assignment < T > operator = ( const T & t) const .C%
28fH
{ f$xXR$mjf
return assignment < T > (t); mQ:{>`
} 2Cz haO
} ; ;|5-{+2 U%
p"ytt|H
p0@^1
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: ?uq`| 1`
'[{<aEo
static holder _1; 5g7@Dj,.
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 e?]5q ez
W "'6M=*
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); .HS6DOQ
而不用手动写一个函数对象。 oFWb.t9<
t5-O-AI[b{
vV}w>Ap[
k8w\d+!v
四. 问题分析 8z#Qp(he
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。 pmNy=ZXx
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。 0kkDlWkzo
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 =8\.fp
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ~5N}P>4*
下面我们可以对这几个问题进行分析。 U
g "W6`
(I>Ch)'
五. 问题1:一致性 R/hIXO
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?| ~lw9sm*2v2
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 *S.U8;*Xj
&zEQbHK6
struct holder Du+W7]yCl
{ %\m"Yi]
// ;,&cWz
template < typename T > 3v8LzS3@
T & operator ()( const T & r) const vgwpuRL5b
{ Y MX9Z||
return (T & )r; e}UQN:1
} RuPnWx!
} ; '#'noB;,
4VJUu`[
这样的话assignment也必须相应改动: 3Z
b]@n
4Z)s8sD KW
template < typename Left, typename Right > ~bLx2=-"
class assignment \R#SoOd
{ +=3=% %?C
Left l; 6X \g7bg
Right r; <Y]LY_(
public : tk"+ u_u w
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} nuce(R
template < typename T2 > X94a
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } gQn%RPMh
} ; :$WO"HfMSn
yKc-:IBb{u
同时,holder的operator=也需要改动: u R0UfKK
b[74$W{
template < typename T > {X!OK3e
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const /WuYg
OI
{ C~ 1]
return assignment < holder, T > ( * this , t); PF%-fbh!~
} Ir9GgB
Met]|&
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。 p#@ #$u-
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 VfoWPyWD#
3^sbbm.8
return l(rhs) = r; 0,%{r.\S
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。 KF.{r
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 4{P+p!4
"_{NdV|a
template < typename Tp > f"ezmZI
class constant_t n|i:4D
{ Rf:.'/<^
const Tp t; RzEzNV
public : b#VtPn]
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 3!CUJs/W
template < typename T > A8)4nOXM
const Tp & operator ()( const T & r) const XiW1X6
{ <tr]bCu}
return t; ;l$$!PJ
} ~YYnn7)
} ; Su#0F0
i>m%hbAk
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 %*
"+kwZ
下面就可以修改holder的operator=了 >i/jqT/
q/i2o[f'n
template < typename T > b($hp%+yJ
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const -#v~;Ci
{ Vb0T)C
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); y9:4n1fg
} :`bC3Mr
+jLy>=u
同时也要修改assignment的operator() ^b8~X [1J_
$Z]&3VxxY
template < typename T2 > "=h1gql'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } xcB\Y:
现在代码看起来就很一致了。 KkJqqO"EL
P?0X az
六. 问题2:链式操作 t<H"J__&
现在让我们来看看如何处理链式操作。 WZ CI*'
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 Z
vysLHj
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 *6Wiq5M>.
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 Ew8@{X
y
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct .~]|gg~
nS+Rbhs
template < typename T > <:S qMf
struct result_1 dOhSqx56
{ +,Eam6g{
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 3lP;=*m.
} ; 'a~@q~!
~ ld.I4
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 2dn^K3
7({)ou x
template < typename T > <kn2
struct ref 3c<aI=$^
{ 78&|^sq
typedef T & reference; "5hk%T'
} ; Xaq;d'
template < typename T > hkMeUxS
struct ref < T &> l]*RiK2AC
{ 7)Toj
typedef T & reference; QS#@xhH
} ; eM7@!CdA9q
vW+6_41ZM
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: `ecseBn3d
({uW-%
template < typename T > ]Ry9{:
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const }[p{%:tP
{ PgBEe
@.
return l(t) = r(t); '.A!IGsj
} vX+oZj
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。 DX_mrG
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 e(c\ U}&
_4S^'FDo
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 !<[+u
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Xoj"rR9|
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 !>`Q]M`
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 X~{6$J|]#i
最后的布局是: ",#.?vT`
Add sx,$W3zI'G
/ \ "HOZ2_(o
Divide 5 Sn=6[RQ>P
/ \ 3smkY
_1 3 \:vF FK4a
似乎一切都解决了?不。 WogUILB
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。 c{q+h V=
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。 }Fe~XO`
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: BQu
|qrq
8_Oeui(i
template < typename Right > "j>X^vn
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const {R1]tGOf
Right & rt) const QoD_`d
{ J/1kJ@5
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); eg[EFI.h
} (:oF\
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 >AJ/!{jD*
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。 N?\X2J1
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。 (Y1*Bs[l
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。 <A3%182
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。 bWFa{W5!
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? ?ANWI8'_j
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<']zXv
~ k*]Z8Z
template < class Action > 2yN!yIPR
class picker : public Action 15:9JVH3D
{ 66=[6U9 *
public : ]kj^T?&n.
picker( const Action & act) : Action(act) {} {*xE+ |
// all the operator overloaded 4^7 v@3
} ; /}:{(Go
!(d]f0
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。 >y%H2][
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: g~U(w
{yn,u)@r9S
template < typename Right > , ZsZzZ#
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 7[ ovEE54
{ +gl\l?>sr
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); FXCBX:LnvU
} &L6Ivpj-
ZFZ'&"+
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > K+3-XhG
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。 z"@^'{.l
UP](1lAf
template < typename T > struct picker_maker %
km<+F=~
{ Mh%{cLM
typedef picker < constant_t < T > > result; $QJ3~mG2
} ; *i"9D:
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > xm m,-u
{ Tmg C {_
typedef picker < T > result; r)<A YX]J
} ; OUv )`K
2Kxb(q"
下面总的结构就有了: v93b8/1
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 @?B+|*cm
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 M9"Bx/
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 U9
iI2$
至此链式操作完美实现。 H,>
}t
S
d)
-(C1f
J""Cgf
七. 问题3 lm`*x=x
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。 !j!w$
Y9.3`VX
template < typename T1, typename T2 > 2Zu9?
L ,I
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const dL42)HP5
{ {"o9pIh{~
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); *@rA7zPFf
} ]d*9@+Iu
1}VaBsEV
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: yP"2.9\erH
>}SEU-7&\
template < typename T1, typename T2 > GcO2oq
struct result_2 `KQx#c>'
{ jg$qp%7i%
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Dk
`&tr
} ; Ejk;(rxI
/&gg].&2?
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? ~WA@YjQ]
这个差事就留给了holder自己。 tZ]gVgZg
c=sV"r?
*Y> w0k
template < int Order > -2.7Z`*(
class holder; jKUEs75]
template <> zTng]Mvx
class holder < 1 > n|5\Q
{ CE"/&I
public : .s{"NqRA
template < typename T > D||0c"E
struct result_1 LOU P
{ Tm"H9
typedef T & result; oidZWy
} ; bQ*yXJ^8
template < typename T1, typename T2 > 4\z@Evm
struct result_2 (]@S<0
{ *7Vb([x4;
typedef T1 & result; BA\aVhmx
} ; eRUdPPq_d
template < typename T > <Jgcj4D
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const YZ~MByu
{ hBU)gP75
return (T & )r; w =GMQ8
} ) .KA0-
template < typename T1, typename T2 > 5]O{tSj
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const gWj-@o\
{ B.N#9u-vW
return (T1 & )r1; ` o)KG,
} z:Am1B
} ; ~"+"6zg
#*h\U]=VS
template <> Vb,VN?l
class holder < 2 > %a/3*vz/I%
{ /A9RmTb
public : 8lQ}-8
template < typename T > joY7Vk!<