一. 什么是Lambda &b}g.)RI
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 EwA*
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, jy?*` q1]
'wG1un;t
wlaPE8Gc
"QxULiw
class filler \y]K]iv
{ n$r`s`}
public : #S'uqP!
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Br7q.
} ; 4n7Kz_!SVf
._^ne=Lx
L-C^7[48=
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: 9Ffam#
s(3HZ>qx;
H@?} !@
'ET];iZ2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); _#6Qf
h\w;SDwOk
F}ATY!
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 )`f-qTe
~ILv*v@m
&{a!)I>
6AG]7d<
二. 战前分析 UGy3B)
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。 to</
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 3?]81v/
h%ys::\zF
Y6VJr+Ap(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); A#T"4'#?<
/* --------------------------------------------- */ M-Efe_VRQc
vector < int *> vp( 10 ); L%is"NZh
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); >RkaFcq
/* --------------------------------------------- */ 8X"4RyNSn
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); pF-_yyQ
/* --------------------------------------------- */ rSJ!vQo
Cb
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); t:fz%IOe
/* --------------------------------------------- */ fJc(
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); u@ #%SX
/* --------------------------------------------- */ f(D'qV T{
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); uH%b rbrU
RBn/7
h]ae^M
L,y
q=%h|
看了之后,我们可以思考一些问题: (4/"uj5
1._1, _2是什么? $Z#~wsw
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 *u"%hXR
2._1 = 1是在做什么? K6p\ >J
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 nsU7cLf"^V
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 m[v0mXE
F{E@snc
W6NhJ#M7
三. 动工 f^B8!EY#:
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: &|GH@^)@
M=pQx$%a
uhfK\.3
bXF8V
template < typename T > c-XO}\?
class assignment >j hcSvM6
{ E4892B:`
T value; ?96r7C|
public : xOj#%;
assignment( const T & v) : value(v) {} `mz}D76~#
template < typename T2 > C?gqX0[ q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } HJ7A/XW
} ; rCDt9o>
]?@ [Ny=0
sT2`y$'
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 =f!A o:Uc
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment RxYENG]/6
}'eef"DJ9
a~0 ~Y y
FXJ0
G>F
class holder %u66H2
{ uD=Kar
public : Eb[;nk?
template < typename T > t;w<n"
assignment < T > operator = ( const T & t) const <PDCM8
{ !?JZ^/u
return assignment < T > (t); |> STb\
} 94#,dA,M
} ; ~F'6k&A^q
m_/Ut
,FzkGB#
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: JT0j2_*Rr
XYWyxx5`
static holder _1; %eDSo9Y
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 YFm%W@
V_J0I*Qa4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); _F6<ba}o3
而不用手动写一个函数对象。 1!MJ+?Jl
D=z~]a31!
-\f7qRW^U
k+ t(u]
四. 问题分析 OXrm!'
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 iRsB|7v[ ,
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 !VWA4 e!+
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 I~n4}}9M
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 . J O3#
下面我们可以对这几个问题进行分析。 7@<.~*Bl6
EO)JMV?6
五. 问题1:一致性 (1D1;J4g
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| pV ^+X}
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ZMgsuzg
hO8xH +;
struct holder 1<_][u@
{ 1(BLdP3&
// /io06)-/n
template < typename T > N~$>| gn
T & operator ()( const T & r) const Y`j$7!j
{ L'{W|Xb+
return (T & )r; Qpmq@iL
} 0o>C,
`
} ; .S54:vs
]?VVwft
这样的话assignment也必须相应改动: ~#)hqU'
rah"\f2
template < typename Left, typename Right > .?6p~
class assignment #b[bgxm
{ ,.9 lz
Left l; no<$=(11i
Right r; rq3f/_#L!O
public : r=n{3o+
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 17KQ
template < typename T2 > 7o+L
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } h<%$?h+}
} ; 5]Rbzg2t
bp9RF
d{
同时,holder的operator=也需要改动: y`n?f|nf
6a,8t
template < typename T > n%F _3`
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const :%sBY0 yF
{ h}SZ+G/L
return assignment < holder, T > ( * this , t); %evb.h)
} aNu.4c/5
\09A"fs{
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 fVn4=d6X
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 06Wqfzceb
7e+C5W*9b
return l(rhs) = r; 0}<blU
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Yt#;
+*d5
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: aDRcVA$*
x[{\Aw>$.
template < typename Tp > :
b`N(]
class constant_t &q<k0_5Q
{ Nksm&{=6S
const Tp t; -b^dK)wR~
public : >}
2C,8N
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} e}?Q&Lci
template < typename T > bfA>kn0C
const Tp & operator ()( const T & r) const Qg/FFn^Kg*
{ (y]Z *p:EW
return t; L@H^?1*L?
} U_IGL
} ; o.!o4&WH
;iiCay37F
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 h_ 4*?w
下面就可以修改holder的operator=了 ir}z^+
_ VuWo
template < typename T > ExtC\(X;
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const P0}B&B/a:
{ .hx(9
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); E\/[hT
} #[jS&rr(
rB".!b
同时也要修改assignment的operator() 1+*sEIC "
i+O7," (@
template < typename T2 > 'l5
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } &6s&nx
现在代码看起来就很一致了。
)$S=iL8(
-6DRX
六. 问题2:链式操作 `$> Y
现在让我们来看看如何处理链式操作。 cS%dTrfo
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。 tsg`c;{
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。 J*rYw5QB
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。 .4v?/t1
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct RWR{jM]V
qj~=qV0p
template < typename T > OS#aYER~/
struct result_1 >G|RVB
{ F 6sQeU
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; y\_+,G0
} ; Sa<(F[p`
=.8n K
y
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:
gra6&&^"
bX2BEa8<"
template < typename T > `D%i`"~Lf&
struct ref @Pcgm"H<
{ m"~ddqSMT
typedef T & reference; +TqrvI.
} ; nV8'QDQ:Al
template < typename T > D'!JV1Q
struct ref < T &> z"mVE T
{ s\mA3t
typedef T & reference; 8:& !F`o
} ; < +*
=,zB|sjn
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: PMTrG78p*
Kfb(wW
template < typename T > [j/|)cj
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 7_ oUuNw
{ wuXQa
wo
return l(t) = r(t); s]99'Q",
} .9x*YS
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。 lU!_V%n
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 `_cv& "K9f
^|Z'}p|&
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&JY x
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 3}\ z&|
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 /g>-s&w
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 y%vAEQ2j=
最后的布局是: q`p0ul,n
Add )]q Qgc&
/ \ @@*x/"GJG
Divide 5 `WH$rx!
/ \ n`Z}tQ%)o
_1 3 (!fx5&F
似乎一切都解决了?不。 >g !Z|ju
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 b/[X8w'VP
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 'sZGLgT;m
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: z&H.fs L
By6O@ .\V
template < typename Right > .iR<5.
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const MuWZf2C
Right & rt) const cz IEkm
{ wA$?e}
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 7HW:;2dL
} yL
asoh
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 <|k :%
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。 .b_ppieNY
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。 y2+f)Xp_.C
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。 OD7A(28
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。 C _he=SV
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? =SmU;t>t/
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: S}rEQGGR{
ahgP"Qz
template < class Action > 1y:fH4V
class picker : public Action Fq~Zr;A
{ M 0}r)@
public : dCM&Yf}K
picker( const Action & act) : Action(act) {} ]R\L~Kr
// all the operator overloaded 95IP_1}?
} ; k(RKAFjY
K@e2%hk9x
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。 HYO/]\al
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: .X3n9]
[nHN@p|
template < typename Right > v\bWQs1
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const axmq/8X
{ 7Ku&Q<mi
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 1v:Ql\^cT
} 4I&(>9 @z<
YSxr(\~j
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > j.6!T'$|
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。 c[2ikI,n[
G HQ~{
template < typename T > struct picker_maker %?n=In(F
{ %|+aI?
typedef picker < constant_t < T > > result; _YlyS )#@
} ; K?,?.!ev
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > EG^
rh;
{ '2Zs15)V
typedef picker < T > result; nW]CA~
} ; 8Ys)q x>7'
AVLY|79#
下面总的结构就有了: >|RoLV
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。 MzB.Vvsy%9
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。 $W}:,]hoj
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 6I(Y<LZ5
至此链式操作完美实现。 KW'nW
>!Y#2]@}o
`vzMuL;
七. 问题3 x(sKkm`Q
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 00IW9B-
>a*dI_XE
template < typename T1, typename T2 > M*n94L=Sg&
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const oMAUR
"
{ 6@lZVM)E
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); VTR4uT-
} z l`m1k-X
;yqHt!N
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: sKW~+]
{9;-5@b
template < typename T1, typename T2 > tkm@&e=e%
struct result_2 E3p$^['vx
{ WYRC_U7
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; eK(k;$4\^Y
} ; c]1AM)xo
l#C<bDw
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? 1F>8#+B/W
这个差事就留给了holder自己。 jQ7;-9/~N
6K7lQ!#}Q
h3E}Sa(MQ:
template < int Order > lGK7XAx,
class holder; 7Oe$Ou
template <> z7BFkZ6+
class holder < 1 > SN")u
{ ^& *;]S`
public : \c{sG\ >
template < typename T > oH4zW5
struct result_1 /+B6oE>8
{ MV3K'<Y
typedef T & result; kz}Bc
F
} ; ~G8l1dD
template < typename T1, typename T2 > s+_8U}R
struct result_2 J*K=tA
{ -]}#Z:&
typedef T1 & result; lmUCrs37
} ; XySkm2y
template < typename T > f'"PQr^9
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const #X``^
{ ;2`t0#J$]
return (T & )r; 1Hhr6T^)
} 6yUThv.G#
template < typename T1, typename T2 > 4VvE(f
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const Y5ei:r|^
{ cGo_qR/B(>
return (T1 & )r1; hFtjw6
} n|T$3j)
} ; n>B
,O
?Qd`Vlp7
template <> d14@G4#Bd
class holder < 2 > !S7?:MJ?p\
{ Z$c&Y>@)
public : /g%RIzgW
template < typename T > _7u&.l<;
struct result_1 E}%Pwr
{ 5cM%PYU4:v
typedef T & result; ^vV AuO
} ; SJc*Rl>
template < typename T1, typename T2 > 3NZK$d=4
struct result_2 %*<Wf4P"
{ CUc ,
typedef T2 & result; RWu<
dY#ym
} ; $L|+Z>x
template < typename T > .L^j:2(L
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const N`,,sw
{ w(S&X"~
return (T & )r; `'r~3kP*NT
} 1x/ R
template < typename T1, typename T2 > p]~PyzG!
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const Hsov0
{ (6H7?nv
return (T2 & )r2; =],c$)
} Z
s|*+[
} ; ]C+PJ:CC
kuLur)^
h)W#
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> >。 o[JZ>nm
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: O1X)
首先 assignment::operator(int, int)被调用: *j <#5=l
U+ Yu_=o{
return l(i, j) = r(i, j); X-bM`7'H
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) bs%
RWwn
FB,rQ9D
return ( int & )i; s/>0gu]A8
return ( int & )j; ./DlHS;
最后执行i = j; 6W]C`
可见,参数被正确的选择了。 ??#EG{{
zmuRn4Nv
K'Wv$[~Dc
Z3Ww@&bU