一. 什么是Lambda U<T.o0s=
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 t r)[6o#
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, 5m.{ayE
[73 \jT
{zTo[i
HR.^
y$IE
class filler MCPVql`+`q
{ <F>^ffwGH-
public : jkTh)Bm|'
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} [r[IWy(}
} ; 2#<)-Cak
sj;n1t}$S
|E%i
t?3M
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: xiWP^dIF
.G ^-.p
we4k VAn
%l4;-x<e
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); cst}/8e
h/)kd3$*'
JJIlR{WY_
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Q9i&]V[`
jTR>H bh
11'^JmKA
Yk;-]qi7
二. 战前分析 )bd)noZi
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。 J?oI%r7^
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 e_<'zH_1
_u[2R=h
O/(QLgUr
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Po)!vL"
/* --------------------------------------------- */ _/Sqw
vector < int *> vp( 10 ); >/]`
f8^
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); #Nv^F
/* --------------------------------------------- */ ifXGH>C
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); }Wk^7[Y
/* --------------------------------------------- */ 1BjMVMH
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 7J[DD5
/* --------------------------------------------- */ Jw4#u5$$Z
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 6YHQ/#'G~
/* --------------------------------------------- */ |Ix{JP"Lk
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); rexNsKRK_
&H4Y`xV^=
3)6TnY/u6{
9a6ij*#
看了之后,我们可以思考一些问题: 5LF &C0v
1._1, _2是什么? kS7`g A
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。 eT'Z;ZO
2._1 = 1是在做什么? -MK9IO]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。 ^t$xR_
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 .c5)`
8v ZY+Q >
8ofKj:W]
三. 动工 HM]mOmL90N
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: nI
es}n:
0|}]=XN^
n^t!+
^[6S]Ft(
template < typename T > rRQKW_9mB
class assignment (a9>gLI0
{ 1iJa j
T value; tkX?iqKQ
public : W\pO`FL
assignment( const T & v) : value(v) {} S]x\Asj;w
template < typename T2 > Q
H57[Yg
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } BY5ODc$
} ; h@{mcz
=j~vL`d2]
y2o~~te
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 (MGYX_rD
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment >+FaPym
/wX5>^
BW x=Q
d=DQS>Nz
class holder =v{Vl5&>?
{ \\)9QP?
public : P;U(2;9 N
template < typename T > !zQbF&>
assignment < T > operator = ( const T & t) const GO]5~4k
{ +pY--5t
return assignment < T > (t); ku5vaP(
} F nc MIzp
} ; $]<wQH/?_
sW&5Mu-
x(+H1D\W
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ^N&@7s
I&9Itn p$
static holder _1; O8k+R@
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 JFu9_=%+
_KJ!C!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); s#
V>+mU
而不用手动写一个函数对象。
rK[;wD<
w2) @o>w
dT7!+)s5-
K"jS,a?s 6
四. 问题分析 ~7>D>!!
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。 ugzrG0=lx
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。 ~X<?&;6
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 `hf`lq^
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 |@BX*r
下面我们可以对这几个问题进行分析。 %W^Zob
Vr:`?V9Q2(
五. 问题1:一致性 s8
5l
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?| dK41NLGQ
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Al+}4{Q+?
,Bs/.htQj
struct holder Ip|=NQL>
{ E1s~ +
// )fl+3!tq
template < typename T > L:\>)6]Ls
T & operator ()( const T & r) const o8X? 1
{ 8GeJ%^0o}
return (T & )r; SQJ+C%
} p$}/~5b}4
} ; Xc$Zkfmms
jAdZS\?w
这样的话assignment也必须相应改动: \ #N))gAQ
,uPN\`.u8
template < typename Left, typename Right > `<-/e%8
class assignment |W*5<2Q9
{ W~FU!C?]
Left l; %c@PTpAM
Right r; Vqr]Ui
public : ^% L;FGaA
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} !JtM`x/yR
template < typename T2 > n&2OfBJ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 3+&k{UZjt
} ; Sd/7#
LqLhZBU9
同时,holder的operator=也需要改动: ECk3Da
qERJEyU?
template < typename T > /!%?I#K{Wq
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const WmkCV+thA
{ UrO&K]Z
return assignment < holder, T > ( * this , t); mqbCa6>_S
} ipE|)Ns
$>T(31)c
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。 MDBqIL]Hc
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 N' CWSf.e
sR^b_/ElxT
return l(rhs) = r; {Ve3EYYm
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。 Bus]OF>hu
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: #pyFIUr=w
-f*5lkO
template < typename Tp > v\E6N2.S
class constant_t MnlD87x@X
{ ,w
f6gmh8
const Tp t; WD1>{TSn
public : Ezev
^O]
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ,~/WYw<o
template < typename T > ;p7R~17
const Tp & operator ()( const T & r) const nd$92H
{ 7yjun|Lt}X
return t; (b.4&P"0
} U'u_'5{
} ; >
H&v
\58bz<u"
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 xUNq!({T
下面就可以修改holder的operator=了 '<QFf
^"~r/@l
template < typename T > BLAF{vVaf
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const o'Fyo4Qd
{ /ZM
xVh0
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); s>W :vV@
} )~gIJW
#^yOW^
同时也要修改assignment的operator() RF;[:[*W
maa$kg8U*!
template < typename T2 > |~#A?mK-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ^Ku]8/ga
现在代码看起来就很一致了。 4>HaKJ-c#
=M}tet
}
六. 问题2:链式操作 `,]_r4~ ~
现在让我们来看看如何处理链式操作。 @eutp`xoT\
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。 w~:F?
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。 p1hF.
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。 [-i&)eX
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ^>>9?
G
B,O
template < typename T > m`):= ^nC
struct result_1 WnOvU<Z
<
{ h?$J;xn
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; *]}F=dtR k
} ; }p-/R'
`.dwG3R
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: rqnxR q
KhP_U{)D
template < typename T > +'+Nr<
struct ref V#|/\-@
{ Q2)(tB= )
typedef T & reference; / 9,'.
} ; dh.{lvlX|
template < typename T > p_%,JD
struct ref < T &> {:b~^yW
{ /Oi(5?Jn
typedef T & reference; H "5,To
} ; |z"$^|@d?
N{ $?u
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ;MK|l,aIQ
isdNW l
template < typename T > Aqz $WTHW+
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 2y|n!p
T
{ 10.ZBfn
return l(t) = r(t); @GGQ13Cj(
} ){z#Y#]dP
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 Iz83T9I&
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 -3ANNj
8~yP?#p
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 Qds:*]vGS
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: nqx0#_K-E
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 tC oE4Ed
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 6J#R1.h
最后的布局是: wq,&0P-v
Add LAM{
,?~
/ \ `B&=ya|bl
Divide 5 :8`$BbV
/ \ u"%D;
_1 3 +5I'? _{V
似乎一切都解决了?不。 6v]`s
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。 #Ef! X
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。 qT
#=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: mF!4*k
%Tu(>vnuj
template < typename Right > Y~Vc|zM^(
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const |pbetA4&
Right & rt) const kP/<S<h,g
{ &cT