一. 什么是Lambda $J:~jY/J
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 fAR0GOI
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, vi.q]$ohbV
w+ibY
.3,Ow(3l
oakm{I|k}
class filler A832z`
{ 2!bE|
public : 0l %|2}a
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} pe@/tO&I
} ; ! XNTk]!
.mS'c#~5Y
nxYp9,c"
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: !;C *Wsp}
aib)ItNb
oG;;='*
BcTV5Wcr
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); TBqJ.a
QI2T G,
GwVSRI:[N
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 u>-!5=D8
q^w3n2
[I` 6F6
;yH1vX
二. 战前分析 Me*]Bh
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。 sh"\ kk9
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 @=[SsS
W|kKH5E&
_7zER6#}
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); K:eP Il{JE
/* --------------------------------------------- */ G?6[K&w
vector < int *> vp( 10 ); xcYYo'U
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ~FV
Z0%+,
/* --------------------------------------------- */ aTy&"
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); q,a|lH
/* --------------------------------------------- */ 9m
fYB
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Z*|qbu)
/* --------------------------------------------- */ Qy @r&
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); k iCg+@nT
/* --------------------------------------------- */ yVM
1W"Q
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); [
Q6v #I
@GGPw9a
=kvYE,,g_
lLT;V2=osX
看了之后,我们可以思考一些问题: a{6rQ
1._1, _2是什么? @`ttyI^1f
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。 n'JwT!
A
2._1 = 1是在做什么? NY
ZPh%x
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。 5xHl6T+
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。 t$Z#zxX
"rr,P0lgX
Hdh'!|w
三. 动工 BS#@ehdig
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Ee##:I[z
W/uaNp
Rd5r~iT
a-,BBM 8|
template < typename T > wYS,|=y
class assignment '+|{4-V
{ fV_(P_C
T value; Dg@>d0FW
public : !_cT_
WHty
assignment( const T & v) : value(v) {} (yAQm pp
template < typename T2 > AtA}OY]D/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } R
gEKs"e
} ; It4J\S
cv0}_<Tyx
h2u>CXD
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ;#!`cgAh
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment =1%3".
"n@
Y2w 9]:J
(CH F=g
%u43Pj
class holder 59p'Ega.
{ G;MgrA#\
public : ;EE*#"IJ
template < typename T > A[ ZJS
assignment < T > operator = ( const T & t) const -X
Bh\w
{ @B~/0
9
return assignment < T > (t); 8Hs>+Udl
} <Dt,FWWkv'
} ; rsvZi1N4w$
t@!X1?`w
U,+kV?Z
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: JB'q_dS}
w=3@IW
static holder _1; l<{]%=Qg
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 *#frbV?;
>NW
/0'/
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); H4 &
d,8:m
而不用手动写一个函数对象。 ho@f}4jhQ3
"a6
wd
VA)3=82n
o
1#XM/Z
四. 问题分析 RWXj)H)w
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。 'sY>(D*CQ
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。 kte
Dh7
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 FymA_Eq
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 >RBq&'f
下面我们可以对这几个问题进行分析。 yK0Q,
IJo`O
五. 问题1:一致性 y^hpmTB3"
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?| ~7b'4\
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 RoLUPy9U
bP Er+?fu
struct holder _W]2~9
{ djPr 4Nog
// [={pFq`
template < typename T > M`KrB5a+6
T & operator ()( const T & r) const >;HbDp
{ #'^p-Jdm
return (T & )r; l?a(=
} L1Fn;nR
} ; Nt&}T
/pFg<
这样的话assignment也必须相应改动: _w^p~To^
BYVp~!u
template < typename Left, typename Right > aAwnkQ$
class assignment 3oxQ[.o
{ =@binTC4
Left l; U-3KuR+0
Right r; T6Ue\Sp'
public : L,waQk / @
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} aAu
upPu
template < typename T2 > }^?dK3~q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } f>waFu-
} ; h}z^NX
C?bPdJ,6
同时,holder的operator=也需要改动: REoFP;H~
E^1uZI\z
template < typename T > HG=!#-$9
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Kdx?s;i
{ 4'Vuhqk
return assignment < holder, T > ( * this , t); sTeL4g|%{
} `8xe2=Ub
-Qiay/tlu
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 isDBNXV:
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。
HHWB_QaL
o*f7/ZP1o
return l(rhs) = r; @ L% 3}
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 26o68U8&y
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: uzho>p[ae
HP. j.
template < typename Tp > q^([ & +
class constant_t G}BO!Z6
{ ut& RKr3
const Tp t; F FR_1Vf
public : cEve70MV
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} -7'>Rw
template < typename T > [% |i
const Tp & operator ()( const T & r) const _s|C0Pt
{ j@ UIN3
return t; o`M7:8G
} .FqbX5\p,
} ; 7$Bq.Lc#z
ysGK5kFz
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 r$=iM:kERC
下面就可以修改holder的operator=了 ~-A5h(
|"5NI'X?
template < typename T > BNQ~O^R0
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const UXDd8OJL
{ "CT'^d+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); rVt6tx
} tL 3]9qfj
Cb x/
同时也要修改assignment的operator() +sQ=Uw#e
Zh{Pzyp
template < typename T2 > qg'RD]a> R
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } \P^WUWY
现在代码看起来就很一致了。 (O\5gAx
X4Q?]{
六. 问题2:链式操作 8}XtVF;
现在让我们来看看如何处理链式操作。 L'H'E,
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 TlQ#0_as[
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 7xO
=:*
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 Eu l,1yR
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct kHo0I8
*6df|q
template < typename T > =Qsh3b&<P
struct result_1 =n
cu#T]
{ }XX)U_x
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; aiF7\^aw$
} ; i!*w'[G->Y
i,8h
B(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: )c^Rc9e/
~ZweP$l
template < typename T > K#%L6=t$<
struct ref ?k TVC
{ Ckj2$c~
typedef T & reference; /a[i:Oa#
} ; _<6
^r
template < typename T > @mSdksB/L
struct ref < T &> p^3]Q
{ AME3hA
typedef T & reference; }TzMWdT
} ; 9y{[@KG
YiJnh47
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: A5S9F8Q/]
TD'Rv Tpl
template < typename T > aHNR0L3$}{
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const f=+|e"i#p
{ $5yH(Z[[
return l(t) = r(t); nsKl3}uU
} d&BocJ
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 !_ZknZTT
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 P^&%T?Y6z
{_&'tXL
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 A'vQtlvKA
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 48hu=,)81*
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 [=7=zV;}4
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 IFcxyp
最后的布局是: w#vSZbh
Add GvSSi'q~B
/ \ hiq7e*Nsb
Divide 5 D99g}
/ \ YT'G#U1x~
_1 3 jd8`D6|Z
似乎一切都解决了?不。 dn(I$K8
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。 ZUePHI-dP
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。 U_i%@{
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: Ir&rTGFN
Cuu yG8
template < typename Right > I
L]uw
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const BmR++ ?L
Right & rt) const ,cZhkXd
{ 8,B?!%FP
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Fa<>2KkOr
} zx` %)r
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Q6blX6DWU
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。 }<R,)ZV^G
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。 [Jv0^"]
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。 Z/-9G
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。 !"1}zeve
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? Loz5[L
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: wpgO09
s B!#`kh
template < class Action > sZe$?k|
class picker : public Action KaVNRS
{ KuBN_bd
public : s%M#
picker( const Action & act) : Action(act) {} paKur%2u
// all the operator overloaded kw)("SQ
} ; A*+pGQ
h?_Cv*0q
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 q4u,pm,@
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: di.yh3N$
g)?Ol
template < typename Right > MoAie|MKe
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const k=]#)A(#C
{ Ov$>CA
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); >+,w2m@0
} OBb m?`[
Cws;6i*=@
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > nm"]q`(K
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 MzEeDN
@!p bR(8
template < typename T > struct picker_maker %G0J]QY{(x
{ 7gWT[
typedef picker < constant_t < T > > result; vCvjb\S
} ; Wd`*<+t]
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Borr
{ m}UcF oaO
typedef picker < T > result; LN z
} ; &}'FC7}
&9Y ^/W
下面总的结构就有了: uzoI*aqk-s
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 epicY
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 D\:dn
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 GLO%>&
至此链式操作完美实现。 GB%kxtGD;\
]?<
wUd
oACbZ#/@n
七. 问题3 }_/]f!]
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 ,`Keqfx
N#``(a
template < typename T1, typename T2 > V`
T l$EF
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const eOoqH$
i
{ OV
G|WC
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); -Oi8]Xw^@y
} zq6)jHfq.
dhX$b!DA
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: &k@\k<2Ia
<x8I<K
template < typename T1, typename T2 > >D
jJ*vM
struct result_2 0BwxPD#6bv
{ )[S#:PP
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; eJ*u]GH U
} ; .5" s[(S
TU6(Q,Yi|
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? E^iShe
这个差事就留给了holder自己。 +v2)'?BS
T@Bu Fr`]<
SK5_^4
template < int Order > {/FdrS
class holder; XDY QV.Bv
template <> (@ 1>G
^%
class holder < 1 > 2 \<u;9
{ %[4u #G`
public : zviTGhA
template < typename T > y6dQ4Whv&
struct result_1 fikDpR
{ ?n]adS{
typedef T & result; }4g$aTc
} ; Q>q-6/|UX
template < typename T1, typename T2 > 7KHQ0
struct result_2 o}&{Y2!x
{ eslvg#Q
typedef T1 & result; ]K3bDU~
} ; 4ClSl#X#i
template < typename T > oTRidG
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const <O1os"w
{ m*L5xxc!
return (T & )r; TCFr-*x
} 27+~!R~Yw
template < typename T1, typename T2 > cij8'("+!
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const T, +=ka$
{ id588Y78
return (T1 & )r1; UGlHe7
}
0~z`>#W,
} ; (Hmm^MV)
+!GJ
template <> =it @U/
class holder < 2 > #K`0b$
{ ')}itS8
public : 2">de/jS
template < typename T > kdWUz(
struct result_1 !g`I*ZE+e
{ ie11syhV"
typedef T & result; n|pdYe8\
} ; aM
xd"cTzx
template < typename T1, typename T2 > JQ;.+5
N<K
struct result_2 1l/t|M^I
{ Z^}[CQ&Am
typedef T2 & result; FW5v
1s=
} ; fdWqc_
template < typename T >
*Ojl@N
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 3;FV^V'
{ s_}6#;
return (T & )r; m[(_fOd
} BzzZ.AH~
template < typename T1, typename T2 > { =\Fc`74
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const AAs&P+;
{ w[D]\>QHa
return (T2 & )r2; @e& 0Wk
} vBJxhK-
} ; ^%!SKhRIK
3u/AqL
P;@j
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> >。 z;dRzwL
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: c{dabzLy
首先 assignment::operator(int, int)被调用: ZjMnGRP
6D[]Jf,9
return l(i, j) = r(i, j); vG.KSA
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) dWQB1Y*N
P[-do
return ( int & )i; dHTx^1
return ( int & )j; WR`NISSp
最后执行i = j; fN&uat