一. 什么是Lambda **gXvTqI
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 :@A9](gI
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, ?]Xpi3k
=]Jd9]vi
yFlm[K5YD
..'_o~Ka
class filler M, mvys$
{ xLH)P<^`C
public : Bad:no\W
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 2{G:=U
} ; P:]^rke~&
O2dW6bt
t"'7m^j
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: |02gup qqi
GKc`xIQ
dP]\Jo=Yh
=CVB BuVy
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); I->Ss},U
Cg?&wj<
ILShd)]Rw
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 56-dD5{hxR
uurh??R
d8=x0~7
{w^+\]tC
二. 战前分析 mg.kr:
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。 &/]Fc{]^$f
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 G@jZ)2
(uZ&V7l
mahJSz(3
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); K\6u9BYG
/* --------------------------------------------- */ ^)*-Bo)I
vector < int *> vp( 10 ); 7f!YoW;1
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); y0.8A-2:
/* --------------------------------------------- */ 8jo p_PG'
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); !SdSE^lz`
/* --------------------------------------------- */ 6){]1h"
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ?FF4zI~
/* --------------------------------------------- */ 9}F*P669f
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); [dIXR
/* --------------------------------------------- */ X1-'COQS%&
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); -^h' >.
H0`]V6+<f
k" PayyAC
O5kz5b>Z
看了之后,我们可以思考一些问题: ZE=Sp=@)j
1._1, _2是什么? n+q!l&&
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 RA'M8:$
2._1 = 1是在做什么? Q&=w_Wc
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。 }Nm#q@o$P
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。 Xi,CV[L\
D" rK(
S:oi<F
三. 动工 N&g3t%F
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: "(z5{z?S
yvHA7eq*"
92x(u%~E
D rHVG
template < typename T > X"e5Y!:M-
class assignment 2Mvrey)
{ vK\%%H
T value; 6qoyiT%P&
public : >dG;w6y'
assignment( const T & v) : value(v) {} W~~7C,!
template < typename T2 > EwC{R`
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ,3p~w5C/+[
} ; S^>,~R.TX
1&)?JZhg
,p2s:&"
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Yu[ t\/
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ?:8ido#-
Dhw(#{N
$M lW4&a|
~&8^9E a
class holder 4UlyxA~
{ r(aLEJ"u?
public : M/ni6%x
template < typename T > TYmP)
assignment < T > operator = ( const T & t) const -pa )K"z
{ PMh^(j[
return assignment < T > (t); ];a=Pn-:}G
} 0Lc9M-Lg
} ; !?p%xj?
!\i\}feb
/#-C4"|
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: RIXMJ7e7
(m.ob+D
static holder _1; [16cFqD
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 0]=i}wL 8
QM
O!v;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 8XzR
wYV
而不用手动写一个函数对象。 e2ilB),
SAK!z!t
:x{NBvUIc
F\AX:
四. 问题分析 YW`,v6
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ~ !
3I2
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 7,|c
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 }YMy6eW4
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 m~Bl*`~M
下面我们可以对这几个问题进行分析。 j>x-"9N
2f:Eof(B
五. 问题1:一致性 ]*FVz$>XM
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?| n\5RAIg
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 tqeZ#w7
7L@K _ZJ
struct holder T/xp?Vq6/
{ \2}bi:e6
// .J.-Mm`.
template < typename T > 079'(%
T & operator ()( const T & r) const gk+h8 LZ
{
Nwt" \3
return (T & )r; Eam
} [y)`k@
} ; \XM^oE#G
s]mY*@a%
这样的话assignment也必须相应改动: {]_r W/
)\be2^p
template < typename Left, typename Right > \ZhfgE8{%
class assignment UkHY[M7;
{ ,0~9dS
Left l; S_v'hlrrT
Right r; E3l> 3
public : Z]WnG'3N
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} _5m#2u51i
template < typename T2 > {g~bQ2wDC
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } iMFgmM|
} ; E V^~eTz
Nl9I*x^e
同时,holder的operator=也需要改动: (_*5oj-
nJ"YIT1K]p
template < typename T > HJ[/|NZU$
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const _uKZ Ml
{ d,tU#N{Q6
return assignment < holder, T > ( * this , t); Fxqp-}:
} *^wB!{.#
qYf |Gv
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。 UH>F|3"d
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 {W~q
z^>u4
@~"anqT`
return l(rhs) = r; aKlUX
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。 @81Vc<dJ
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: "zY](P
1>Dl\czn
template < typename Tp > hj$e|arB
class constant_t U{$1[,f
{ [NIlbjYH
const Tp t; #E+gXan
public : %#Z/2<_
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} RQB]/D\BO
template < typename T > )VK }m9Ae
const Tp & operator ()( const T & r) const l?DJJ|> O
{ 7Irau_
return t; k@D0 {z
} 1s*.A6EP"
} ; p,<&zHb>K
?D)<,
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ]cC[-F[
下面就可以修改holder的operator=了 Z,;cCxE
Hiv!BV|
template < typename T > -l-E_6|/W
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const T<joRR
{ (j"(
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); (ihP`k-.
} nL}5cPI
FvuGup`w
同时也要修改assignment的operator() w[-Fm+A>
%tt%`0
template < typename T2 > mNAY%Wn6k
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 1?Aga,~k:a
现在代码看起来就很一致了。 u@P[Vb
NHgjRPz"
六. 问题2:链式操作 NLe}Jqp
现在让我们来看看如何处理链式操作。 GOB(#vu
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 iH2n.M
"
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 gbSt Ar.
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 W*:,m8wk
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct b2^AP\: k
~;OYtz
template < typename T > 4^'3&vu
struct result_1 eL.7#SIr}
{ `C+HE$B
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; R,!Q
Zxmg
} ; o:dR5v
"$5\,
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: JH]K/sC>
l
n}}5Q
template < typename T > rspayO<]3
struct ref "?GebA
{ OAZ#|U
typedef T & reference; i_LF`JhEQT
} ; 9kY[j2,+
template < typename T > LDy<k=;o
struct ref < T &> 68'>Zbelb
{ do>"[RO
typedef T & reference; %im#ww L%
} ; TE-;X,gDV_
=vh8T\
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: $\Tkhq<
dYojm1MQ
template < typename T > \H5Jk$*
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 1(GHCxA8G
{ F X1ZG!
return l(t) = r(t); } i)$n(A)K
} ]&i+!$N_
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。 QI!i
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Zq ot{s
>^"BEG9i:
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 4`2$_T$F
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: _2mNTJiw
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 K,}w]b
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Y5!b)vke
最后的布局是: EZ(^~k=I
Add ?&h3P8
/ \ ?Zyok]s
Divide 5 qMS}t3X
/ \ a~^Srj!}x
_1 3 +ydm,aKk
似乎一切都解决了?不。 fjDpwb:x)
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。 %W|DJ\l8"
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。 3On
JWuVfZ
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: R+$8w2#
ij&p4
template < typename Right > <3 j~=-
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ^4`&EF
Right & rt) const C'9 1d7E
{ %XXkVK`
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); DQ=N1pft2v
} RyRqH:p)3
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Zy wK/D
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 %N~CvN@T
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 jgvh[@uB?
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 {=At#*=A
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 .:;fAJPf
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? fEu9Jk
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: u5gZxO1J5
!J.rM5K
template < class Action > ,p,Du
F
class picker : public Action A"/aGCG0z
{ WhUa^
public : i1/}XV
picker( const Action & act) : Action(act) {} .9\Cy4_qSd
// all the operator overloaded D$_8rHc\A
} ; q?VVYZXP
.{N\<