一. 什么是Lambda a;"Uz|rz
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ;n}
>C' :
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, ZMoJ#p(
^KkRF":
8VP"ydg-U
7}?k^x,1
class filler 2f|6z-Z
{ 4O`6h)!NQ
public : l801`~*gO
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} WGh. ;-
} ; wy{ \/?~c
)d +hZ'
U!c]_q
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: a#+>w5
6x_T@
8M^wuRn
Z&FkLww
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); x"
'KW
(
K DYYB6|
{)V? R
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 k7^R,.c@
!TP6=ks
=s'XR@
a`H\-G
二. 战前分析 e(yQKwVD
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。 N5nvL)a~
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 t`"^7YFS>
yjEI/9_
#B @X
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); +w"_$Tj@;
/* --------------------------------------------- */ ajn-KG!A
vector < int *> vp( 10 ); 5kcJ
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ?ork^4 $s
/* --------------------------------------------- */ c[SU5 66y
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); zwK
}7h6]
/* --------------------------------------------- */ zKLn!b#>
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); NSw<t9Yi
/* --------------------------------------------- */ XQ]`&w(
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); g b -Bxf
/* --------------------------------------------- */ ngP7'1I
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); _6;<ow
a{h%DpG
Zj qA30!
/ZHO>LNN|
看了之后,我们可以思考一些问题: ||uZ bP@
1._1, _2是什么? h4f~5- Y
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。 *^'wFbaBO
2._1 = 1是在做什么? ezp<@'0ZT
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。 !#q{Z>H`
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。 hM~eJv
FbveI4
/H')~!Yz
三. 动工 2Ok?@ZdjA{
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Bg-VCJI<
#c-b}.R
MDk*j,5V
LI[ ?~P2\
template < typename T > JwZ?hc
class assignment D9~}5
{ OCCEL9d
T value; sf`PV}a1
public : ;4,'y
assignment( const T & v) : value(v) {} M
Hg6PQIB
template < typename T2 > huz86CO
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } [*Q-nZ/L
} ; ! ,@ZQS
Zvxp%dES
pA<eTlH
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 {VR`;
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ( :{"C6x
NS@{~;#R
=yo{[&Jz
VBM/x|'
class holder @%c81rv?
{ j")FaIM
public : [OzzL\)3l
template < typename T > 9qpU@V!
assignment < T > operator = ( const T & t) const GR<c=
{ c<?[d!vI
return assignment < T > (t); 6*Zj]is
} I~)cYl:|G
} ; &&WDo(r3
H)E^!eo
IV0[!D
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: y_*n9
)Ct
8W;2oQN7
static holder _1; 3L>d!qD
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Ox^:)ii
40 2x<H
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ym\(PCa5`
而不用手动写一个函数对象。 ryg4hHspl
-ui<E?v
.]P2}w)x?
\^&
四. 问题分析 %*kLEA*v
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。 FI8k;4|V
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。 n$4|PO$X
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 MAnp{
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 %(`#A.yaE
下面我们可以对这几个问题进行分析。 bg}+\/78#
cx{T
'1
五. 问题1:一致性 D{cZxI
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?| r,4lqar;E
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 SauH>
dv, C6t2
struct holder ?g3 ]~;#
{ fywvJ$HD]L
// k9mi5Oc
template < typename T > *_1[[~Aw
T & operator ()( const T & r) const ^/dS>_gtHv
{ \tx%WC
return (T & )r; XX2h(-
} g6%Z)5D]!
} ; QL97WK\$
;wR 'z$8
这样的话assignment也必须相应改动: RPH1''*!
B76 v}O:
template < typename Left, typename Right > 44HiTWQS?l
class assignment .'1SZe7O
{ /ZW&0E
Left l; _9@ >;]
Right r; (e9fm|n!)|
public : +?[BU<X6u
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} f8'MP9Lv
template < typename T2 > (PRBS\*G
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } }"_j0ax
} ; 6;+jIkkD)
0/ !,Dn
同时,holder的operator=也需要改动: LnFWA0y
yfEb
template < typename T > HI`q1m.
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const dlD ki.
{ ,O]l~)sr|
return assignment < holder, T > ( * this , t); 4Po)xo
} 9S1)U$
tHh HrMxO
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。 c#lPc>0xb
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 -.iNNM&a
vfw A$7N
return l(rhs) = r; r&%.z*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。 M T6/2d
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: P`jL]x
{Dr@HP/x=s
template < typename Tp > 33K*qaRAD
class constant_t +}@8p[`)
{ = 96P7#%
const Tp t; !MVj=(
public : <G~>~L.E
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} $bsH$N#6T
template < typename T > {G3i0r
const Tp & operator ()( const T & r) const 347eis'
{ E4i0i!<z
return t; T9syo/(
} 3s*(uS(
} ; W3rl^M=r
eZL MP
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 o''wCr%
下面就可以修改holder的operator=了 iY0>lDFm.
aWy]9F&C:
template < typename T > z;Q<F
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 2i7e#
{ 8)yI<`q6
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 5$rSEVg9
} kKiA
L]d-33.c!H
同时也要修改assignment的operator() EQ<RDhC@b
nSx]QREL!
template < typename T2 >
Paj vb-f
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } r~7:daG*
现在代码看起来就很一致了。 M4m$\~zf
zj|WZ=1*Wp
六. 问题2:链式操作 T
vtm`Yk\
现在让我们来看看如何处理链式操作。 {9LWUCpsf
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。 Bs;|D
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。 PdeBDFWD
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。 Dyg?F
)6
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 831JwSR
vjT( Q
template < typename T > 3c3OG.H$8
struct result_1 XYEv&-M`?w
{ -JT/9IQ
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 'h1b1,b~
} ; T=Z.TG|lIx
v2+!1r7@
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: ^tH#YlV4>9
NbRn*nb/T
template < typename T > *G5c |Y
struct ref 1.U`D\7mb
{ c#/H:?q?a
typedef T & reference; V5`^Y=X(%
} ; &M/>tEZ)
template < typename T > I+(/TP
struct ref < T &> Vz=auM1xZ
{ eH%RNtP`
typedef T & reference; OJAIaC\
} ; EZDy+6b
S9| a$3K'
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: x_#-tB
LiQgR
6j
template < typename T > I5m][~6.?
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ~b~2
>c9
{ *^%*o?M~
return l(t) = r(t); zj{r^D$
} {eS|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。 .L6Zm U
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 R&f^+0%f
E:`v+S_h
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 rN)V[5R#M
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: {a(&J6$VE
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 "&.S&=FlI
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 9=X)ung9
最后的布局是: LE6.nmvS
Add ^' M>r(t
/ \ q`NXJf=sc
Divide 5
*f%>YxF
/ \ txgQ"MGA%
_1 3 aGZi9O7G}
似乎一切都解决了?不。 3r+.N
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 X0(tboj#
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 =ONHKF[UJ
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ^5GW$
cvd\/pG)
template < typename Right > mLV[uhq
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ) 0 W`
Right & rt) const aUHcYc\u
{ PxS4,`#~
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 8I;XS14Q
} u"1rF^j6k
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 WI> P-D
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。 `o]g~AKX
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。 #|GSQJ$F)`
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。 e= vsuqGT
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。 eB>s=}|
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? ew _-Eb
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: ?<Wb@6kh`
w;UqEC V
template < class Action > /H7&AiA