一. 什么是Lambda Oh-Fp-v87
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 (s Jq;Z
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, lJ'trYaq7
QxA0I+i
S" {GlRpd
\2Xx%SX
class filler vQy$[D*
{ 08O7F
public : 3/l\ <{
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} u6p5:oJj,
} ; ,,}sK
,wlbIl~
1wbTqc
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: ($:y\,5(9I
0IpST
WT?b Bf
DH/L`$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); HlF}
UE{,.s
bk0Y
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 IyT?-R
$mD>rx
ret0z|
bz$Qk;m=H
二. 战前分析 Li ij{ahm
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。 /4^G34
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;b} &s
=tNzGaWJ
p;F2z;#
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); AX8gij
/* --------------------------------------------- */ +!Q!m 3/I
vector < int *> vp( 10 ); E;xMPK$
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); &q"'_4
/* --------------------------------------------- */ ?LR"hZ>
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); @Mzz2&(dU
/* --------------------------------------------- */ 6{ C Fe|XN
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); [pr 9 $Jr
/* --------------------------------------------- */ &7fY_~ )B
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); T6,V
/* --------------------------------------------- */ "NJ,0A
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 9ptZVv=O
)F
+nSV;
fWd~-U0M^
L)1C'8).
看了之后,我们可以思考一些问题: W\'Nv/L
1._1, _2是什么? 1Jl{1;c
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 @uoT{E[
2._1 = 1是在做什么? HRj7n<>L=
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 WBy[m ?d
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 <8g=BWA
!8we8)7
L#`7 FaM?
三. 动工 >kt~vJI
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: <sO?ev[
>6XDX=JVI
c%jsu"
bd} r#^'K
template < typename T > y-%nJD$
class assignment k?o^5@b/
{ &|s+KP|d
T value; &K+
public : ^@ M [t<
assignment( const T & v) : value(v) {} O<4Q$|=&?
template < typename T2 > p
"/(>8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } A S`2=w
} ; %A8Pkr<&E
-QN1oK@\mE
BXNI(7xi
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 FwXKRZa
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment T!Xm")d
1]_?$)$T
<"hb#Tn
<V7SSm
class holder j.<:00<
{ MRjH40"2
public : +{5JDyh0
template < typename T > 1XqIPiXJ
assignment < T > operator = ( const T & t) const A<mj8qz
{ o`b$^hv{A
return assignment < T > (t); Hde]DK,d
} Po'-z<}wS
} ; +ylxezc
xOwNCh
tCuN?_UG
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: 3w
t:5
Im
umZlIH[7
static holder _1; ?@3#c
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 /&*m1EN#o
v&p,Clt-2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); kw6cFz
而不用手动写一个函数对象。 j#7wyi5q
z\e>DdS
XyvZ&d6(d
j|&{e91,?
四. 问题分析 V xp$#3 ;S
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 O|HIO&M
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 <sgZ3*,A
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 \_lG#p|
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 |P^]@om
下面我们可以对这几个问题进行分析。 B jH ~Ml2
=Dh$yC-Zr
五. 问题1:一致性 oP+kAV#]
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?| TTeA a
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 "Q3PC!7X:5
xN e_qO
struct holder fndK/~?]H
{ c_@XQ&DC`
// 3DxZ#/!
template < typename T > eFt\D\XOW
T & operator ()( const T & r) const Z[a O_6L
{ 8T8pAs0
p
return (T & )r; A)hq0FPp
} 4}.WhE|h
} ; u^}7Vs
.
IUluJ.sXIf
这样的话assignment也必须相应改动: \Pw8wayr%
"V*kOb&'*Z
template < typename Left, typename Right > 8|w5QvCU?3
class assignment ZmEG<T05
{ xP8iz?6"V
Left l; (:_%kmu
Right r; M3DxapG
public : ?l6>6a7
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} C>.]Bvg
template < typename T2 > Py|H?
, 6=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } i0,%}{`
} ; Ul'~opf
c+@d'yR
同时,holder的operator=也需要改动: o,*folL
#g@
template < typename T > 4(` 2#
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 9X
5*{f Y
{ a/`c ef
return assignment < holder, T > ( * this , t); j~+[uzW98
} ?R|fS*e2EB
a"`g"ZRx
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。 ) 1lJ<g#
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 /W"Bf
s5c! ^,L8
return l(rhs) = r; N,WI{*
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。 D< nlb-
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: j#*asGdp#J
9F2P(aS
template < typename Tp > }u(d'9u
class constant_t PWf{aHsr
{ 2x)0?N[$O
const Tp t; ,H.(\p_N
public : l(h;e&9x
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} "wT~$I"
template < typename T > cJU!zG
const Tp & operator ()( const T & r) const p{A}p9sjx
{ }4bB7,j
return t; v\vE^|-\/
} ^ 4u3Q
} ; m&Y;/kr
8CHb~m@^$
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 .nj?;).
下面就可以修改holder的operator=了 Rz<d%C;R
A2g"=x[1@K
template < typename T > }XfS#Xr1aV
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const
o9U0kI=W
{ GNhtnB
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 6MLN>)t
} 6.
+[
z
"C$!mdr7
同时也要修改assignment的operator() 09}f\/
$\YLmG
template < typename T2 > cCo07R
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } GW>7R6i
现在代码看起来就很一致了。 Gt\K Ln
&=s|
六. 问题2:链式操作 2a._?(k_y
现在让我们来看看如何处理链式操作。 9B!im\]O
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。 4i+PiD:H
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。 % +kT
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。 37:b D
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct .LXh]I*
%{N$1ht^
template < typename T > ch5`fm
struct result_1 H6%!v1 u
{ 2FZ0c/[&
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Sy+]SeF&
} ; Uy$U8b-ov
Y{Y;EY4
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: ps!5HZ2:
Vq\..!y
template < typename T > U}RS*7`
struct ref Q.pEUDq/
{ b*'=W"%\
typedef T & reference; !LHzY(
} ; zCBtD_@
template < typename T > y~]IVl"
struct ref < T &> fG8}= xH_&
{ #.\,y>`
typedef T & reference; [p( #WM:
} ; AhbT/
`5k6s,
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: %vf2||a$BS
v
GR
\GFm
template < typename T > 6mI_Q2
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const wZ]BY;
{ .gM>FUH3L
return l(t) = r(t); e_>rJWI}
} o-Q]Dk1W
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 lJ2|jFY9
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 xu%!
b0
[}9XHhY1O=
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 +2;#9aa
I
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: YmO"EWb
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 7U{b+=,wK
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 i">z8?qF
最后的布局是: hVT=j ?~
Add DSDl[;3O{s
/ \ D<_,>{$gW
Divide 5 }QWTPRn
/ \ RKoP6LGw
_1 3 :{wsd$Qlj
似乎一切都解决了?不。 0XQ".:+h
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 I9*BENkR
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 s_GK;;
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: BuEQ^[Ex
@R'g@+{I
template < typename Right > 9U }MXY0
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const P[#WHbn
Right & rt) const GqIvvnw@f
{ _ pH6uuB
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); skR,M=F~
} 9aF..
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 :b M$;
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。 /v
bO/Mr
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。 RXx?/\~yd;
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。 qa0JQ_?o]
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。 r_g\_y7ua
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? Cb@S </b
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: ohc/.5Kl
S0Bl?XsD_
template < class Action > _ntW}})K
class picker : public Action I(?|Ox9"?
{ ziLr }/tg
public : 3h D2C'KD
picker( const Action & act) : Action(act) {} $@u^Jt, ?
// all the operator overloaded 1VjeP
*
} ; w}bEufU+2
^+-L;XkeY
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 ?9('o\N:
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: QN}3S0
+3o)L?:g
template < typename Right > D25gg
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const {o5K?Pb
{ 9A}
kkMB:
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); j0pvLZjM
} :_~PU$%0
H%NLL4&wu
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 9$P l'>5
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。 F'5d\ v
>Rki[SNb-b
template < typename T > struct picker_maker ,$6MM6W;-F
{ JIY ^N9_
typedef picker < constant_t < T > > result; hyvV%z Z
} ; V&,<,iNN
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 5cNzG4z
{ qh(-shZ4Du
typedef picker < T > result; UwL"%0u
} ; jzJ1+/9
ZTBFV/{
下面总的结构就有了: E!}-qbH^
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 S!I <m&Cgc
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 vU$O{|J
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 qs
c-e,rl
至此链式操作完美实现。 >nIcFm
L1Cn
+{Jf]"KD
七. 问题3 tls6rto
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。 0ZID
@^
bZOy~F|
template < typename T1, typename T2 > .f92^lu9
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const }_kI>
{ 5k%N<e``
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); y8~)/)l&
} 6rN5Xf cS
}'.Sn{OWf
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: S~a:1
_Wl
WH*=81)zp
template < typename T1, typename T2 > X_s G6Q@
struct result_2 h&k^l,
{ t!=~5YgKs
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; #g`cih=QL
} ; }PIGj} F/
9}qfdbI
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? c7nk~K[6
这个差事就留给了holder自己。 +} ! F(c
z7Rcnr;
,?~UpsUx
template < int Order > ,md7.z]U~
class holder; v$Y1+Ep9
template <> !K^kKP*l
class holder < 1 > NX{-D}1X=
{ }Mb'tGW
public : _F|_C5A
template < typename T > x+:,b~Skk
struct result_1 2wuW5H8w{
{ KlqJEtO_
typedef T & result; @8M2'R\
} ; VF!kr1n!
template < typename T1, typename T2 > ^1Zq0
struct result_2 p|9ECdU>;
{ dG~B3xg;5i
typedef T1 & result; vkd<l&zD
} ; RAuAIiQ
template < typename T > d7K17KiC
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const !q6V@&
{ ;pNbKf:
return (T & )r; *sIG&
} l[\,*C
template < typename T1, typename T2 > g d}TTe
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const |8U7C\S[
{ Hv7D+j8M
return (T1 & )r1; }Keon.N?
} >RqT7n8h
} ; y:[VRLo
I^\bS
template <> bb:|1D
class holder < 2 > `J,~hK
{ /'=^^%&:B