一. 什么是Lambda vG<Mz?wr
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 =#8J9
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, S&|$F2M
IN_GL18^MV
#E>f.:)
<OpiD%Ctx
class filler IWTD>c).
{ -6#i~a]
public : =PXNg!B}D*
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 1298&C@
} ; /K'Kx
F*}b),
3<B{-z
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: <;M 6s~
&u$l2hSS
2f F)I&
)-[X^l
j
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Y ||!V
u{8Wu;
aRfkJPPa[
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 r/8,4:rh
6jom6/F 4
B,}%1+*
0!xD+IA!8
二. 战前分析 (gz|6N
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。 ~KEnZa0
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 U edh4qa
D,]m7yFT
a ipvG
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ]5c|
/* --------------------------------------------- */ gn7pIoN
vector < int *> vp( 10 ); IiSO{
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 3vDV
/* --------------------------------------------- */ 852$Ui|I
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); .] 5&\
/* --------------------------------------------- */ N\mV+f3A@,
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); k?1cxY s
/* --------------------------------------------- */ %x L3=4\
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); POx~m
/* --------------------------------------------- */ :Ruj;j
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 61CNEzQ
HnZrRHT0
{{:MJ\_"h_
_k
_F
看了之后,我们可以思考一些问题: kf^Wzp
1._1, _2是什么? E/Y.f
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。 0A\o8T.12
2._1 = 1是在做什么? 2qw~hWX
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(j"u;=
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。 iQS?LksQX
6$2)m;| XY
p}N'>+@=
三. 动工 ptYQP^6S[
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 7-bU9{5
Yr!<O&=
Oxy.V+R
"!r7t4
template < typename T > O]i}r`E8,
class assignment %5jxq9:K
{
mii9eZ
T value; IN),Lu0K
public : {U7j
assignment( const T & v) : value(v) {} X2Y-TET
template < typename T2 > amgYr$)m
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } NcRY
Ch
} ; QfRt3\^`
mLKwk6I
v:<u0B-)$
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 j =[Td
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment g7#_a6
D6c4tA^EO
8V.x%T
dAohj
QH:
class holder d(42ob.Tr
{ > lN{FJ
public : r!#NFek}
template < typename T > Qq^>7OU>Co
assignment < T > operator = ( const T & t) const A .*}<
{ TE^BfAw@
return assignment < T > (t); Uo5l
=\
} :!J!l u
} ; kQwBrb4
WRL &tz
#W'jNX,h
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: W/xb[w9v
l\jf]BHX'
static holder _1; h,0mJj-ma
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 *_3+ DF
/k(0}g=\
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); y~Sh|2x8v
而不用手动写一个函数对象。 .,<-lMC+
;g7nG{
~~b[X\1
o1-Zh!*a*
四. 问题分析 <JDkvpckx.
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。 Z3T:R"l;
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。 |Zncr9b
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 eB^:+h#A_
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 IgQW 5E#
下面我们可以对这几个问题进行分析。 [uW{Ap ~2
@tRq(*(/:
五. 问题1:一致性 2U)H2%
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?| k g0Z(T:&8
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 .pr- ^
, z<\ Z!+=
struct holder %)u5A!"
{ \c_1uDRoUn
// Hq< Vk.Nk
template < typename T > SPn0D9b]
T & operator ()( const T & r) const g_5:o
3s
{ /DJyNf*
return (T & )r; N@)tU;U3O
} bxK1v7
} ; `4gm'C
}`\+_@w
这样的话assignment也必须相应改动: ;HgV(d#X
owJPEx
template < typename Left, typename Right > O. V!L
class assignment O5LB&s
{ ie=tM'fb
Left l; (KK9/k
Right r; 7P.C~,+D%P
public : jx+%X\zokA
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} $:t;WXc.<
template < typename T2 > r,EIOcz:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } )1Z*kY?f!
} ; Z~9\7QJn
|*e
>hk
同时,holder的operator=也需要改动: %, XyhS5[o
yv[s)c}
template < typename T > ^kzw/.I{
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Cn[`]
{ $
GL$
iA
return assignment < holder, T > ( * this , t); CT6a
} P}KyT?X:
2~K.m@U}!Z
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。 K9;pX2^z9
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Sz.jv#Y
=pF 6
return l(rhs) = r; #,0%g1
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。 .UU BAyjm
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: r}+U1l3#2
i
o 3qG6
template < typename Tp > +Y0Wiwr'
class constant_t ry/AF
{ =O<Ul~JRK
const Tp t; +q|2j>k@
public : W52AX.Nm
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} %mAgE\y25
template < typename T > l+*^P'0u
const Tp & operator ()( const T & r) const .u>IjK^
{ 1aS[e%9Mg
return t; Y\Odj~Mj
} x%jJvwb^|
} ; `u3to{
FQ*4?D,A
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 9P#E^;L
下面就可以修改holder的operator=了 _iO,GT=J-
W8'cAY
template < typename T > qHt!)j9GKv
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const A<C`JN}
{ :lcZ)6&S
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); g PU|Gv5
} &s>HiL>f
1l"A7
V
同时也要修改assignment的operator() .#2YJ~
k`F$aQV9`
template < typename T2 > Q?B5@J
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ~ou*'
w@
现在代码看起来就很一致了。 kQxY"HD
N X4!G>v
六. 问题2:链式操作 I!%T!B540
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Em N0K'x
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 Hc ]/0:
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 K{%}kUj>
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ]s?BwLU6
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct H-K,Q%;C@
)cbe4
template < typename T > ]j(2FM)#
struct result_1 BSY2\AL p
{ vd
c k
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 3)^-A4~E
} ; {.GC7dx
/d ?)
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: r DX_$,3L
Z$ {I4a
template < typename T > c^S^"M|
struct ref X3NHQMI
{ {w$1_GU
typedef T & reference; 7hqa|
} ; %3M(!X:[
template < typename T > 8zP{Cmm
struct ref < T &> vz</|s
{ O4ciD1
typedef T & reference; B @H.O!
} ; 9&q<6TZ z
S 0eD
2
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: o>mZ$
Q* ifmnB'
template < typename T > JEL=,0J
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const DBANq\
{ 9->E$W
return l(t) = r(t); (9]`3^_,J
} ,R5NKWo
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。 <7fF9X
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ]1>U@oK
x48Y#"'
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 L:"i,K#P
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: J?&lpsB3_l
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 |#q 5#@,
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 J)vP<.3:
最后的布局是: -g(&5._,ZW
Add uh*b[`e
/ \ 2T3v^%%j
Divide 5 {|c
<8
/ \ |v#N
_1 3 b&f;p}C24
似乎一切都解决了?不。 hPLQ)c?
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。 ^B8%Re%
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。 $p30?\
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ^o}!=aMr
] S<y,d-
template < typename Right > O?/\hZ"&c
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const qMD 6LWJ
Right & rt) const *T'
/5,rX2
{ z1XFc*5
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); kFZw"5hb
} PXof-W
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 12n5{'H2%
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 J;,6ydf8!
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 D ksSD
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 Y4e64`V)
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 h?5$-#q~
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?
s.&ewf\
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: C8>zr6)1
S'#KPzy.
template < class Action > ye=*m
class picker : public Action 0{#c
{ vU0j!XqE
public : AD^9?Z
picker( const Action & act) : Action(act) {} 9kss)xy
// all the operator overloaded :SUPGaUJ"
} ; NXb_hF
/(
%Q
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。 _\waA^ F
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: (NK$2A/p
QNj hA '[T
template < typename Right > p!BZTwP
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const cf)2GoV>e
{ 8mI eW
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); NPc]/n?vDj
} L)H'g
*@[DG)N
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > "W$,dWF
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。 fx(^}e
o ?@,f/"5
template < typename T > struct picker_maker ~?4'{Hc'
{ l&2A]5C
typedef picker < constant_t < T > > result; 5RCQ<1
} ; VZBT'N
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > H'|b$rP0@
{ %SuEfCM
typedef picker < T > result; Tn2nd
} ; ?JO x9;`
t<s:ut)Q!
下面总的结构就有了: zBD ?O!
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 T;K,.a8bU
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 rM<|<6(L
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 yo]!Zn
至此链式操作完美实现。 %>Z;/j|#r
qXPjxTg{[
(]7&][
七. 问题3 yk OJhd3
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 OEmz`JJ67
]Tk3@jw+b
template < typename T1, typename T2 > #ky]@vyO
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Ex2TV7I
{ <+@?V$&
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Qz/o-W;
} yx?Z&9z <