一. 什么是Lambda Ky[bX
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 i>Z|6 5
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, [8F
\;
LkJ$aW/
T&1-eq>l
{q&@nm40
class filler 2#z=zd
{ Qm.z@DwFM{
public : ;W7 hc!
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} >j50
;</
} ; 7$(_j<o`
'FShNY5
t|;%DA)fjw
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: XVQL.A7
?^LG
hdR
YF}9k
b/}'Vf[
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); a(8>n
Z,V
$brKl8P
9v~1We;{$
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Bj@x$v#/^
Bu7A{DRf
%6AYCN?Ih
UhsO\ 9}qH
二. 战前分析 7dSh3f!
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 (E!%v`_0
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 W`#gpi)7N
xME(B@j
mR" uhm}q
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); It%T7
X#
/* --------------------------------------------- */ o;3j:#3 |
vector < int *> vp( 10 ); -NAmu97V}
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); "
Wp
/* --------------------------------------------- */ <O ;&qT*b
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); }dy9IH
/* --------------------------------------------- */ A?e,U,
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); "?$L'!bM@
/* --------------------------------------------- */ A&N$tH
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); !q!"UMiG
/* --------------------------------------------- */ ucw`;<d8
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 7g-Dfg.w
4Mk8Cpz
Y|mW.
1{^CfamF
看了之后,我们可以思考一些问题: [!W5}=^H
1._1, _2是什么? y'^F,WTM
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 neF8V"-u&
2._1 = 1是在做什么? LyIKP$t
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。 -:MmSeG7gO
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。 WPIZi[hBs
5i6VZv
UL&} s_
三. 动工 > 84e`aGE
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类:
4bnt=5]
*t^eNUA
NN^QUB
\UOm]z
template < typename T > j(sLK
&
class assignment W;qP=DK2
{ C?/r;
T value; 8+ov(B;(
public : 22z1g(;@
assignment( const T & v) : value(v) {} DacN{r"3
template < typename T2 > >E,Q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } YV-j/U{&
} ; 1DUb
[W8
q]K'p,'
" rsSW3_
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 sMP:sCRC
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment #00D?nC
^ESUMXb
K!p,x;YX
R }1W
class holder .@@an;C
{ +,z)#
public : $%=G[/i'
template < typename T > /
$_M@>
assignment < T > operator = ( const T & t) const tj[ c#@[B
{ u\f3qc,]F
return assignment < T > (t); B_hPcmB
} mg` j[<wp
} ; tU{\ev$x
8fh4%#,C%
B[CA
5Ry
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: 44~hw:
zZ:xEc
static holder _1; U9
bWU'
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 33 :@*
yplG18
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); p-xd k|'[
而不用手动写一个函数对象。 D^|9/qm$
w//omF'`
yPoSJzC=[
gGEIK0\{
四. 问题分析 eeW`JG-E
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。 uaaf9SL?
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。 Yk'm?p#~
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ywOmQcZ
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 QjJfE<h
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Z5$fE7ba+
*}w+68eO
五. 问题1:一致性 Lc|{aN
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| P6.!3%y
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 T cJ$[
&qKigkLd
struct holder RU|X*3";T
{ t+O e)Ns
// ,:UX<6l
R
template < typename T > q_sEw~~@!
T & operator ()( const T & r) const i $C-)d]
{ Z/g]o#
return (T & )r; >?I/;R.-
} 5$%XvM
} ; :b@igZ<
0q#"clw
这样的话assignment也必须相应改动: n1,S_Hs
^s-25 6iI
template < typename Left, typename Right > JhP\u3 QE
class assignment 0e16Ow6\!1
{ 8vSIf+
Left l; hF>u)%J/S
Right r; Juu+vMn1
public : 2"X~ju
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} id?E)Jy
template < typename T2 > OhFW*v
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } "(f`U.
} ; 8{
gXToK
N 9LgU)-Jt
同时,holder的operator=也需要改动: u okc:D
4x=(Zw_X
template < typename T > ~KPv7WfG
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const X#`dWNrN
{ C?o6(p"b
return assignment < holder, T > ( * this , t); )+EN$*H
} |>+uw|LtZ
)%F5t&lum
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 sJU`u'w
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 A
gWPa.'3
`5l01nOxJ
return l(rhs) = r; g`[$XiR
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。 R\O.e
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: x+7*ADKb
p$XKlg&
template < typename Tp > a
<wL#Id
class constant_t {v,)G)obWw
{ -c+]Wm"\
const Tp t; *yez:qnx
public : 9]7u_
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} h/m6)m.D
template < typename T > 5k$vlC#[H
const Tp & operator ()( const T & r) const WU)Ss`s \
{ gKi{Y1
return t; JN(-.8<
} uMd. j$$
} ; BJy;-(JP
pj8azFZ
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 g7n"
下面就可以修改holder的operator=了 ?fK1
E!mmLVa9
template < typename T > qZ+H5AG2
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const !Zjq9{t\"
{ D*2\{W/
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Gu;OVLR|
} ;;#`#v
tj5giQ3DG)
同时也要修改assignment的operator() z 7T0u.4Ss
r,NgG!zq<
template < typename T2 > 6N" l{!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ~x]9SXD%
现在代码看起来就很一致了。 Dl,`\b@Fw3
D$q'FZH
六. 问题2:链式操作 RN9;kB)c
现在让我们来看看如何处理链式操作。 :L:&t,X
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 fY W|p<Q0
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 4XJiIa?
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 <]d
LX}C)
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct E=w3=\JP
nc?B6IV
template < typename T > z]@6fM[
struct result_1 c$h9/H=~
{ h"W8N+e\
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; &JhX+'U
} ; -t-tn22
\?lz&<
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: 5v
_P
Oq
1[PMDS_X
template < typename T > 'jfRt-_-
struct ref A)NkT`<)
{ 2`bdrRD0
typedef T & reference; (K<9hL+X
} ; f.xA_Y>
template < typename T > 8dO?K*J,H'
struct ref < T &> 0. ;}]v
{ ;['a
typedef T & reference; MesRa(
} ; ,o#kRWRG
|i7a@'0)
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 8%:]W^
))T>jh
template < typename T > .\:J~(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const $xgBKD
{ \'v(Xp6
return l(t) = r(t); ^@6q
} PK2~fJB
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 QP(BZJC
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 (z7+|JE.
nJFg^s1
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 B[o`k]]
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: kOrl\_!z3
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 !0}\&<8/m
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 T.:+3:8|F
最后的布局是: B80aw>M
Add e%O0hE
/ \ k$i'v:c|:i
Divide 5 WF2-$`x
/ \ rf
K8q'@
_1 3 dcfe_EuT
似乎一切都解决了?不。 nsuX*C7
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 xge7r3i
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 #JW+~FU`
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: nE W31 8
|U'I/A
template < typename Right > svhI3"r
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const kxB.,'
Right & rt) const [iS$JG-
{ pPro }@@
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 5/0j}_pP
} 1DJekiWf
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 (p)!Mq
"^
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。 sM2MLh 'D
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。 b/("Y.r=
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。 6W2hr2Zy9
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`Q~Xx
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? ml!5:r>
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: <[~,uR7
S?0$? w?
template < class Action > l.=p8-/$'7
class picker : public Action ,. EBOUW^
{ gFN9jM
public : uaPx"
picker( const Action & act) : Action(act) {} ^TdZ*($5
// all the operator overloaded ~N0sJ%
} ; V!/:53
z8_XX$Mnt
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。 KOSM]c\H
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: >{zk
qvsQ&
x!<yT?A
template < typename Right > |V,<+BEi
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const *f+: <=i
{ mEAXM1J|
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); @x&P9M0g
} E,[xUz"
J$ut_N):N
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > *ZCn8m:-+
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 I:j3sy
~mz%E
template < typename T > struct picker_maker @mQ:7-,~
{ /F/;G*n
typedef picker < constant_t < T > > result; S~OhtHwK
} ; E /<lGm:.
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 3R$Z[D-
{ ps|)cW3`
typedef picker < T > result; kGYTl,A{
} ; tln37vq
.?W5{U
下面总的结构就有了: @z`@f"l
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。 JK_OZ
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。 ))h6~1`
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 xyh.N)
至此链式操作完美实现。 Q /x8 #X
~aK?cP
qt e>r
七. 问题3 )X+mV
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。 [5d2D,)
a*dQ
_
template < typename T1, typename T2 > oMH.u^b]fT
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const uZjC
c M
{ c,\i"=!$
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); z_|oCT!6
} 5z$,6T
i'/m4 !>h
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: ?)4?V\$
y(jg#7)
template < typename T1, typename T2 > ^ZRYRA
struct result_2 W6c]-pc
{ ]2SI!Ai7
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; /B3R1kNf|
} ; ^C)n$L>C0
a}yXC<}$
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? g=@_Z"
这个差事就留给了holder自己。 >pL2*O^{9
q>!L6h5]t
lEjwgk {
template < int Order > /! ajsn
class holder; F'RUel_%
template <> z`@^5_
class holder < 1 > 7E$&2U^Js
{ iP@6hG`:
public : iPG0o
%
template < typename T > hf6f.Z
struct result_1 )$%Z:
{ $D1w5o-
typedef T & result; RBKOM$7
} ; :*514N
template < typename T1, typename T2 > xb2?lL]
struct result_2 tl yJmdl
{ El_Qk[X|A
typedef T1 & result; [IZM.r`Z
} ; x[_=#8~.1x
template < typename T > 8,T4lb<<
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const IIFMYl gF
{ Y,S\2or$
return (T & )r; )=pD%$iq
} M)-6T{[IT
template < typename T1, typename T2 > \ gwXH
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const &n2e
{ +xv!$gJEj
return (T1 & )r1; z`Wt%tL(
} :fcM:w&
} ; dIweg=x
t:~t@4j}
template <> UKd'+R]
class holder < 2 > 2.uA|~qH
{ 1k8x%5p
public : Pz_Oe,{.I
template < typename T > /lhz],w
struct result_1 }Rvm &?~O
{ sfT+i;p
typedef T & result; , :n|
?7
} ; j-@kW'K
template < typename T1, typename T2 > +>^7vq-\'
struct result_2 ]w).8=I
{ <z+:j!~
typedef T2 & result;
%V G/
} ; b]Kk2S/
template < typename T > `bI)<B
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const `1` f*d
v
{ <Cpp?DW_
return (T & )r; rt7<Q47QE
} Z [Xa%~5>5
template < typename T1, typename T2 > `NRH9l>B7
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const `m@U!X
{ : 9!%ZD
return (T2 & )r2; "bQ[CD
} j F"YTr6
} ; >cMd\%^t
j|fd-<ng
le)DgIT>=
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> >。 8ip7^
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: .Ce8L&