一. 什么是Lambda * {avx
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 V{jQ=<)@e
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, @c;XwU]2t
0m2%ucKw
m*bTELb
|7Dc7p"D
class filler QZwUv<*
{ rra|}l4Y
public : EM2=g9y
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} hn`yc7<}(u
} ; %mqep5n(
]>vC.iYp
`!,"">5
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: %#go9H(K
_HMQx_e0YM
+56N}MAs
-!@]z2uU
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ;$nCQ/ /
a/wg%cWG_
.(J~:U
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 7)RDu,fx
\wZ
4enm
~,^pya
YCPU84f
二. 战前分析 hwx1 fpo4
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。 SEKR`2Zz,
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 LZ=E
NqlU?
_xWX/1DY
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %I^schE*
/* --------------------------------------------- */ ylGT9G19
vector < int *> vp( 10 ); ?^3Y+)}
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); KPi_<LuK
/* --------------------------------------------- */ ?4`f@=}'K
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); $)YalZ
/* --------------------------------------------- */ "xI70c{
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); QLm#7ms*y
/* --------------------------------------------- */ ,+P2B%2c
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 'G1~
A +
/* --------------------------------------------- */ R$Rub/b6
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ;NoiH&
7|@FN7]5NF
K' ?`'7
_^Z
v[P
看了之后,我们可以思考一些问题: W{$J)iQ
1._1, _2是什么? 7+NBcZuG9
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 @
^q}.u`
2._1 = 1是在做什么? T^ )\
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 <)$e*HrI
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。 XQ'$J_hC
,Gi%D3lA
\? n<UsI
三. 动工 u5.zckV
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Leu6kPk
oA* 88c+{f
A(D>Zh6 o@
u?4d<%5R!
template < typename T > @?n~v^
class assignment r1&eA% eh
{ M7fPaJKL
T value; IKrojK8-?
public : u0Bz]Ux/Q
assignment( const T & v) : value(v) {} pzT,fmfk
template < typename T2 >
s?JOGu
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } L9]y~[R:
} ; %N#A1
1f+z[ad&^
no$X0ia
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ^\oMsU5(
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment &s8vmUt
D!DL6l`
3o2x&v
kmg/hNtN
class holder \IhHbcF`d
{ (j(hr'f
public : -]Ny-[P
template < typename T > /pC60y}O0
assignment < T > operator = ( const T & t) const :-Wh'H(
{ HPY;UN
return assignment < T > (t); [Mk:Zz%
} j.yh>"de
} ;
/s~BE ,su
6/.kL;AI
U6F7dT
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: sis1Dh9:
y&A&d-
static holder _1; '5lwlF
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 (sW$2a
C';Dc4j
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 2c'<rkA
而不用手动写一个函数对象。 *&z!y/
RGLJaEl !
7sU+:a
qL?$u07<9'
四. 问题分析 FMtg7+Q|>
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。 sk5B} -
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。 t=\
ffpA
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Mn 8|
Knh
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 9JqT"zj
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ]*X z~Ox2
x9o(q`N
五. 问题1:一致性 *^iSP(dg
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?| Xb~i?T;f
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 "H9q%S,FH
k*rG^imX
struct holder j|>^wB
{ \8)FVpS
// .)E1|U[L
template < typename T > a`D`v5G t
T & operator ()( const T & r) const OD~yIV
{ dn&484
return (T & )r; oT!i}TW?o
} 1 XpqnyL&
} ; 3U!
l8N2
y\n#`*5k
这样的话assignment也必须相应改动: sD9OV6^{?K
g^{a;=
template < typename Left, typename Right > )m
Ii.
class assignment l\TL=8u2c
{ 6n\){dkZ~
Left l; 5~OKKSUmT
Right r; d/b\:[B@
public : `NQ;|!
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} y~z&8XrH
template < typename T2 > mMT\"bb'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ba)hWtenH
} ; or"9I1o
u
p]>UX8
同时,holder的operator=也需要改动: /A-VT
hGI5^!Cq
template < typename T > k_nQmU>
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 7e[&hea
{ R*H-QH/H1
return assignment < holder, T > ( * this , t); &srD7v9M8
} psuK\s
ex.^V sf_
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。 lm*C:e)4A
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ./<giTR:p
4j(*%da
return l(rhs) = r; 5^{ I}Q
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。 <.{OIIuk
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: T[-Tqi NT
$,o@&QT?AT
template < typename Tp > RLO<5L
class constant_t ;<=z^1X9
{ BnG{)\s
const Tp t; d>0 j!+s
public : HP=5a.
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 4O4}C#6(4
template < typename T > Xif>ZL?aXb
const Tp & operator ()( const T & r) const (S_1C,
{ t1p[!53(
return t; CQA^"Ll
}
QrLXAK\5
} ; ItE)h[86
@>F`;'_*z
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 !>fi3#Fi
下面就可以修改holder的operator=了 WHr:M/qD
v?o("I[ C
template < typename T > aN';_tGvK
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const } :T}N]
{ <!-#]6
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ")u)AQ
} 0IQ|`C.
KcM+8W\
同时也要修改assignment的operator() a
fB?js6
{DX1/49
template < typename T2 >
Q)
iN_ |
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 0L\vi
现在代码看起来就很一致了。 p+;x&h)[l
'<h@h*R
六. 问题2:链式操作 ;(s.G-9S
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ?Hbi[YD
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 lWFm>DiLY
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 3V/f-l]X/
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 kZQ$Iv+^(
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct .VkLF6
xw3A |Aj?r
template < typename T > XeozRfk%J|
struct result_1 787}s`,}
{ \r}*<CRr6
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ;n b>IL
} ; uvA 2`%T/
$KmE9Se6,
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: nz`"f,
D[(T--LLT
template < typename T > [ZETyM`
struct ref (N{
{ ,-.=]r/s
typedef T & reference; [[Usrbf
} ; {#l@9r%
template < typename T > ?Q6ZZQ~
struct ref < T &> }9?fb[]
{ BgwZZ<B
typedef T & reference; pXe]hnY
} ; *4 Kc "M
`(L<Q%
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: yF1^/y!@
|bmc6G[
template < typename T > _aOsFFB1KF
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ntF#x.1Pm
{ 0.!Q4bhD
return l(t) = r(t); 5O"wPsl
} uzL IllVX*
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。 W97
&[([
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 +e)RT<
dYhLk2
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 mW U*}-M
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 0Y\7A
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 |)Sx"B)
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 tA9(N>[*
最后的布局是: 1;9 %L@
Add CYC6:g|)
/ \ Oxf,2r
Divide 5 qzu%Pp6If
/ \ }u'O<d~z?
_1 3 Uf-`g>
似乎一切都解决了?不。 DYCXzFAa
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。 1H,hw
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。 P
C
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: 2n5{H fpY
d*<