一. 什么是Lambda }l~]b3@qu
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 $bk>kbl P
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, {tPnj_|n<
Z[Wlyb0
IuNkfBe4m
"37*A<+f
class filler h~ $&
{ GGH;Z WSe
public : d-~vR(tU
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} kEO1TS
} ; |Eb&}m:E$
=M/qV
cn$5:%IK
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: VSh !4z1
`%|u!
h-7A9:
im=5{PbJ^
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 5? Wg%@
2xDQ:=ec
dsV ~|D6:
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 TZ'aNcGg
B~?c3:6
6z Ay)~
*%X.ym'
二. 战前分析 X<Z(]`i
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 x@Y|v@}BE
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 [UoqIU
q3+I<qsAz
Wm(:P
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); I] jX7.fx
/* --------------------------------------------- */ Je^Y&a~
vector < int *> vp( 10 ); 8'KMxR
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); DcN"=Y
/* --------------------------------------------- */
vO]J]][
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); >60"p~t
/* --------------------------------------------- */ `y2ljIWJ
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); U+} y
%3l
/* --------------------------------------------- */
uN9e:;
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ;1@C_5C
/* --------------------------------------------- */ \n_3Bwd~
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); jB!W2~Z
EL7T'zJ$
M6_-f ;.
088C|
看了之后,我们可以思考一些问题: T%kKVr
1._1, _2是什么? 3za`>bUN
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。 ra]:$XJ5=a
2._1 = 1是在做什么? D-pX<0-y
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 V9T
4+
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 Q 2"WV
EjSD4
!!WJn}
三. 动工 9 #Y2`pT
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: < eQ[kM
6.'$EtH
j&CZ=?K^c
3D[=b%2\
template < typename T > >)^NJ2Fd
class assignment /PqUXF
{ 4fty~0i=z
T value; 4%7s259%
public : E*k([ZL
assignment( const T & v) : value(v) {} _R74/|
template < typename T2 > ZoxS*Xk
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } X`1p'JD
} ; -NzTqLBn
Pbe7SRdr^
fa{@$ppx
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 c&*l"
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment .S!-e$EJ
K/|
fhRjYYGI
S?4KC^Y5
class holder p=B?/Sqa
{ KjOi(YUnq7
public : G9Qe121m
template < typename T > wyw <jH
assignment < T > operator = ( const T & t) const j"hASBTgp
{ C[8Kl D
return assignment < T > (t); ,|pp67
} {eR9 ;2!
} ; S}cF0B1E*
x=Mm6}/
c'05{C
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: "8HE^Po/pn
G),db%,X2
static holder _1; 8lwM{?k$
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 sRq U]i8l
]:et~pfW
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); {/ &B!zvl
而不用手动写一个函数对象。 /DO'IHC.o
"2;N2=~7
/9_#U#vhY
U$'y_}V
四. 问题分析 }V]eg,.BJ
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 xl2g0?
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 e{C6by"j{S
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 2Va4i7"X\
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 _M5Xk? e=
下面我们可以对这几个问题进行分析。 U3F3((EYJ
Y6ben7j%-
五. 问题1:一致性 2-v\3voN
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| Of`c`-<j
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 QlD6i-a
I=[cZ;t
struct holder /6U
4S>'(
{ / Z!i;@Wf
// o:UXPAj
template < typename T > GZ8:e3ri
T & operator ()( const T & r) const JD~a UB%
{ ;fGx;D
return (T & )r; %MJ;Q?KB
} NHkL24ve
} ; Zq*eX\#C
Wsm`YLYkt!
这样的话assignment也必须相应改动: o~C('1Fdb
A}G|Yfn
template < typename Left, typename Right > "s]y!BLk
class assignment n
)K6i7]xk
{ <4mQ*6
Left l; PayV,8
Right r; T=\!2gt
public : h^M^7S
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} - DL"-%X.
template < typename T2 > @G GccF
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } C5n?0I9
} ; xjq0D[
ax@H"d&
同时,holder的operator=也需要改动: E
_iO@
Z$;"8XUM
template < typename T > J70D+
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const +t]Xj1Q
{ 6^YJ] w
return assignment < holder, T > ( * this , t); z[&s5"
} nyhMnp#<
,7,;twKz
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。 ,{{SI
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 97!5Q~I
R^P_{_I*"
return l(rhs) = r; -(;LQDG |
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。 fp&Got!pB
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: L11L23:
WC-_+9)2&
template < typename Tp > 4}yE+dRUK:
class constant_t kx{!b3"
{ S,vu]?-8
const Tp t; {XnPx?V
public : <qY5SV,
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} WE.Tuo5L
template < typename T > _t-7$d"
const Tp & operator ()( const T & r) const 6
=gp:I
{ yJD>ny
return t; f7+Cz>R
} eXzXd*$S
} ; KQ)T(mIqp
jXR16|
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 0.DQO;
下面就可以修改holder的operator=了 w0Ij'=:
+qkMQETV6
template < typename T > ~A >oO-0K
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const r_2btpL^
{ ,")F[%v
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); IZ~.{UQ
} >saI+u'o
)%mAZk-*;^
同时也要修改assignment的operator() M#M?1(O/NE
tWk{1IL
template < typename T2 > gaeOgP.0
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Sdc*rpH"(
现在代码看起来就很一致了。 _!:@w9
~`Sle
xK|}
六. 问题2:链式操作 detL jlE
现在让我们来看看如何处理链式操作。 \dV Too
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。 j=j+Nf$
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。 K^H>~`C=
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。 iz`jDa Q|1
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct rJ(OAKnY
OCW+?B;
template < typename T > O5-;I,)H
struct result_1 3*WS"bt
{ @ER1zKK?
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ~zyQ('
} ;
cht
Gvn : c/m;
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: }m_t$aaUc1
Y/P]5: =h
template < typename T > M=%!IT
struct ref !}q."%%J_%
{ 8]C1K
Zs
typedef T & reference; `Zf9$K|
} ; Wk[)+\WQ?
template < typename T > JZ K7uB,X
struct ref < T &> 8c).8RL f
{ :t>Q:mX(N
typedef T & reference; 7@P656{
} ; /*P7<5n0
e\.HWV ]I
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: *<kD"m
K:w]>a
template < typename T > t/ eo]
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const RbAt3k;y
{ <gcmsiB|
return l(t) = r(t); q?iCc c
} hbnS~sva
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。 iGa}3pF
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 u]*5Ex (?
<[9?Rj@
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 hVZo"XUb
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: !a[$)c
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 OPiaG!3<
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 N 8}lt
最后的布局是: dXO=ZU/N
Add z1Q2*:)c
/ \ yoW>
BX
Divide 5 8t\}c6/3"
/ \ wA",SBGX
_1 3 Y^3)!>
似乎一切都解决了?不。 1p=&WM
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。 4k$0CbHx0
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 >[P%Ty);
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: [`9^QEj
2L[l'}
template < typename Right > OQc{
V
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const \!4|tBKVY
Right & rt) const cIZ[[(Db
{ HTN$ >QTI
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); - p^'XL*Z
} .FJj
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ZM
8U]0[X
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。 yU!GS-
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。 re q-Q |
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。 lG 8dI\ `
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。 CPGL!:
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?
p2^)2v
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: oX*b<d{\N
Qpw@MF2P
template < class Action > 3 69Zu4|u
class picker : public Action HSC6;~U
{ j"0rkN3$J
public : I3An57YV].
picker( const Action & act) : Action(act) {} S2bexbp0o
// all the operator overloaded ]f5c\\)
} ; S%{lJYwXt
i=V-@|Z
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 ExqM1&zpK
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: G}q<{<+$
+8eVj#N
template < typename Right > PMY~^S4O
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Yu;9&b
{ ~Q0&P!k
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); G4O3h Y.`
} }Wqtip:L
SNN#$8\
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ;8uHRcdQ
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 x?gQ\0S<
k3#wLJ
template < typename T > struct picker_maker /0-\ek ye
{ =~
'^;D
typedef picker < constant_t < T > > result; Gg}t-_M
} ; t)KPp|&
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 5Vm Eyb
{ w~p4S+k&
typedef picker < T > result; PH[4y:^DN
} ; kM,@[V
lqauk)(A0
下面总的结构就有了: /K[]B]1NE
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 K` 2i
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 ]M uF9={
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 'Z y{mq\
至此链式操作完美实现。 Ls(&HOK[p
k,AM]H
u6f4yQ
七. 问题3 @f\
X4!e*y
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 J#+Op/mmo
~6] )*y
template < typename T1, typename T2 > =#jTo|~u4o
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const |I(%7K
{ t&38@p
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 4bE42c=Ca7
} { qjUI
<Nvlk\LQ
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: a$A2IkD
bKTqX[ =
template < typename T1, typename T2 > ]!q
}|bP
struct result_2 DZ,<Jmg&e*
{ .iN-4"_j1
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; %s]U@Ku(a
} ; =7#u+*Yr9
LE<:.?<Z-
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?
hZ%2?v`
这个差事就留给了holder自己。 /@6E3lhS
kBQ5]Q"
cn@03&dAl
template < int Order > LAj}kW~
class holder; QziN]
template <> ^tQPJ
class holder < 1 > kx:c*3q.k
{ 7sCR!0
public : Pv^(Q]
template < typename T > cAYa=}~<
struct result_1 /j`i/Ha1
{ ?a*fy}A|
typedef T & result; zuK/(qZ
} ; b0!*mrF]6
template < typename T1, typename T2 > @?'t@P:4
struct result_2 Z83q-
{ &8pCHGmV)
typedef T1 & result; [lmHXf@1C
} ; MA~|y_V
template < typename T > XYz,NpK
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const Y:DNu9
{ SD)5?{6<
return (T & )r; 7qCJ]%)b6
} !%SdTaC{T
template < typename T1, typename T2 > ho?|j"/7
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 0sq=5 BnO
{ g(ZeFOn
return (T1 & )r1; <1;,B%_^
} 6n2Vx1b
} ; i{Y=!r5r
hY\Eh.
template <> /vFxVBX
class holder < 2 > =NVZ$K OZ
{ (mD-FR@#
public : }qgqb
template < typename T > X
,V= od>
struct result_1 jhjW*F<u
{ -D.BJ(
typedef T & result; Pn'QOVy
} ; 4~]8N@Bii
template < typename T1, typename T2 > d/ 'A\"o+
struct result_2 pfJVE
{ [[Jv)?jm
typedef T2 & result; ZuF4N=;
} ; _qO;{%r
template < typename T > ;-Y]X(z>
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const oo$WD6eCR
{ }J'5EAp
return (T & )r; nzQYn
} <3],C)Zwc
template < typename T1, typename T2 > U5@TaGbx
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const h%CEb<
{ q/ d5P
return (T2 & )r2; d[P>jl%7
} VOowA^
} ; hy!'Q>[`
R:pBbA7E
E7Gi6w~\
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 ~u~[E
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: k#IS,NKE
首先 assignment::operator(int, int)被调用: _Vk,&