一. 什么是Lambda Q4LlToHn
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ,T*_mDVY
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, I4f
Mq lo:7
^F
3b\8907
mCNf]Yz
class filler 33*d/%N9
{ ,xD*^>!
public : x$J.SbW
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} *@n3>$
} ; iZ6C8HK&&
vcJb\LW
R:BBNzY}f
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: nk|N.%E
&zX 3
jl-Aos"/
^@*zH?Rx{
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); n!eqzr{
[aZ v?Z
%i
-X@.P
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ^ lc}FN
&}6ES{Nr8
M:UB>-`bW
m|2]lb
二. 战前分析 X$|TN+Ub
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。 !eAdm
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 kbp(
a+5
(GcKaUg8*
ml33qXW:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); $:BK{,\
/* --------------------------------------------- */ #+Yp^6zg
vector < int *> vp( 10 ); Sa?5iFg
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); }vUlTH
/* --------------------------------------------- */ q?-3^z%u
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ncJFB,4
/* --------------------------------------------- */ {qtc\O
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); { .3
/* --------------------------------------------- */ y.*=Ww+
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); kuj12
/* --------------------------------------------- */ jFNs=D&(
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Q^MXiEO+
]%<Q:+38
&e]]F#
=Kt9,d08x
看了之后,我们可以思考一些问题: <V:<x
1._1, _2是什么? 0fPHh>u
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 !`
M;#
2._1 = 1是在做什么? 3q|cZQK!1
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 >4|c7z4
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 lKV\1(`
jq("D,
l'7Mw%6{
三. 动工 *L;pc g8{
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Q%n{*py
+r-dr>&H@
Rg?{?qK\K
MB8SB
template < typename T > #NN"(I
class assignment G V:$;
{ EAD0<I<>
T value; u3*NO
)O
public : $vTAF-~Ql
assignment( const T & v) : value(v) {} $\,BpZ
}3
template < typename T2 > 9o`7Kc/g
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Hw?2XDv j
} ; ,u&tB|,W,
x!C8?K=|
M<Wn]}7!
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 .@i0U
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment eg2U+g4
+=6RmId+X
4z9#M;qT
c:llOHA
class holder k'@7ZH
{ z;y^t4
^9
public : ljYpMv.>xG
template < typename T > aVppOxA
assignment < T > operator = ( const T & t) const #
cN_ y
{ _)zmIB(}m
return assignment < T > (t); ~&DB!6*
} a/QtJwIV
} ; B?;' lDz*
-Wlp=#9
<Qcex3
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: )+n,5W
JQ"`9RNb
static holder _1; U/X|i /
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ePq13!FC/
15xd~V?ai:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); MegE--h
而不用手动写一个函数对象。 Q e>i{:N
\LdmGv@&
x)ddRq
l
|*tWF!
D6`
四. 问题分析 ceFsGdS
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 (odR'#
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 r zM Fof
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 29Gwv
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ~!]&>n;=G
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Ml8 YyF/~
3XeXzPj
五. 问题1:一致性 9;0V
/y
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| )-+\M_JK5
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 j3x^<a\gJ
m]FaEQVoE
struct holder .KLm39j(
{ .M9d*qp`S
// j+DE|Q&]I
template < typename T > cOSxg=~>u
T & operator ()( const T & r) const n7IL7?!o
{ `z|=~
return (T & )r; < /;Q8;0
} V$/u
} ; Zm%VG(l
kmm
这样的话assignment也必须相应改动: _tWJXv~;
@+'c+
template < typename Left, typename Right > k}-yOP{
class assignment 1~}m.ER
{ yZYKwKG
Left l; #ZG3|#Q=L
Right r; <y@,3DD3A9
public : p91`<>Iw
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} :tRf@bD#
template < typename T2 >
<^lJr82
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } YfE>Pn'r
} ; $[Tt#CJw
9z5\*b s
同时,holder的operator=也需要改动: v5(q)h
!p}`kG
template < typename T > }.0Bl&\UK
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const .6> hD1'
{ 3B@y &a#&
return assignment < holder, T > ( * this , t); *#3*;dya]
} &|v{#,ymeb
PX;Vo~6
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 Ho3dsh)
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 duX0Mc.0P
M]}l^m>L
return l(rhs) = r; 2Y400
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 >(hSW~i~
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: N>+ P WE$
8g\wVKkTQp
template < typename Tp > OnZF6yfN=3
class constant_t b,nn&B5@{
{ OE_QInb<
const Tp t; q`XW5VV{K
public : 7FAIew\r
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} l B1#
template < typename T > 24#bMt#^
const Tp & operator ()( const T & r) const !Citzor
{ Ls&+XlrX8
return t; !X^Hi=aV
} :6XguU
} ; /\na;GI$
M70c{s`w5
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 94\t1fE
下面就可以修改holder的operator=了 2ck4C/ h
ujU=JlJ7dl
template < typename T > g %f*ofb
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const &J_Z~^
{ vu=me?m?(
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); _w 5RK(
} J , V
pgT9hle/
同时也要修改assignment的operator() [`d$X^<y;
p8Iw!HE
template < typename T2 > 7_-w_"X
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); }
3P1&;
现在代码看起来就很一致了。 F8H'^3`b`U
WvujcmOf
六. 问题2:链式操作 %m9CdWb=w
现在让我们来看看如何处理链式操作。 #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。 ["}A
S:
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。 )l_@t(_
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。 $f#agq_
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct S='
wJ@?;
Ht#@'x
template < typename T > Cezh l
struct result_1 oK2pM18
{ &uv0G'"\
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; bp#:UUO%S
} ; \i!Son.<
Z`Pd2VRp
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: vv6?V#{
j Fma|y
template < typename T > petW
M@
struct ref n"6;\
{ P"1 S$oc
typedef T & reference; [8"oj hdV
} ; #Z\O}<
template < typename T > D==Mb~
struct ref < T &> FXV`9uq}Z
{ cq*=|m0}Z
typedef T & reference; nU(DYHc+l
} ; I^D0<lHl~
M`vyTuO3SO
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: d t_e
r[s!F=^
template < typename T > 'Hw4j:pS
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const z>;$im
{ H6&7\Wbk
return l(t) = r(t); mffIf1f
} _tAQ=eBO
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 &-%X:~|:X
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 P}V=*g
Y#FO5O%W
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 +E/y ~s
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Tr& }$kird
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 *#y;8
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 \hlR]m!C
最后的布局是: /-4$7qd
Add '7*=`q{
/ \ aQ#qRkI
Divide 5 S:q$?$
/ \ PmR* }Aw
_1 3 Ri#H.T<'
似乎一切都解决了?不。 B@O@1?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。 at6149B\)
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。 #`;/KNp 9
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: WZZ4]cC
MgJ36zM
template < typename Right > #?[.JD51l
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 6_gnEve
h
Right & rt) const 15{Y9!
{ @ {#mpDX
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 9b;A1gu
} "w_N'-}#
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 -"Q-H/qh
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。 LO:fJ{ -
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。 \*0yaSQF
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&;uv,l
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。 iWLa> z|,
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? nmFC%p)4
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: ,FZT~?
06*rWu9P3
template < class Action > :q#K} /
class picker : public Action Y[Ltrk{
{ UsQ4~e 4-
public : BVw Wj-,
picker( const Action & act) : Action(act) {} (k`{*!:1a
// all the operator overloaded &|Pu-A"5~
} ; Xm1[V&
k(%QIJH
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。 q
o 1lj"P
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: l4y{m#/
pS[KBQ"F
template < typename Right > |o<8}Nja6
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const tMp=-"
{ RDM`9&V!jp
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); v4Ga0]VN$8
} ILwn&[A0
otJ!UfpR8
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ($nrqAv4
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。 ~8T(>!hE1h
!yOeW0/2[
template < typename T > struct picker_maker SC &~s$P;
{ v"^~&q0x
typedef picker < constant_t < T > > result; oU6y4yO
} ; gEQNs\Jn
L
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ]bi)$j.9s
{ 1w(JEqY3h:
typedef picker < T > result; xI*#(!x"G
} ; }/P5>F<H[
B;K`q
下面总的结构就有了: !T,AdNa8
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。 8}e,%{q
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。 ul f2vD
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 sj?3M@l95W
至此链式操作完美实现。 AJ^#eY5
C1EtoOv K
76cG90!Z
七. 问题3 X+k}2HvNG
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。 cLY c6
qU6nJi+-I
template < typename T1, typename T2 > 1xE]6he4{T
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Mg,:UC:
{ dq1:s1
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); @4$\
5%j
} %ir:ASk
Va
VN
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: J?UQJ&!@O
)6KMHG
template < typename T1, typename T2 > 6x)$Dl
struct result_2
!R-z%
{ F}GPZ=T;
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; YC_5YY(k
} ; 2F#q
I1
bI.t<;
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? ^D`v3d
这个差事就留给了holder自己。 3bZIYF2@
ORXm&z)
!HeSOzN
template < int Order > ^u}L;`L
class holder; /walu+]h
template <> *+'2?*
class holder < 1 > dC\ZjZZ
{ u]+~VT1C,3
public : .\0isO
template < typename T > I\~G|B
struct result_1 hI?sOR!
{ Rm1A>1a:
typedef T & result; A\_ |un%
} ; p[lNy{u~M
template < typename T1, typename T2 > $;M:TpX
struct result_2 dz
[!-M
{ |2\{z{?
typedef T1 & result; m'\ 2:mDu0
} ; `LAR@a5i
template < typename T > l
{jmlT
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const [.hyZ}B
{ 7@lS.w\#-
return (T & )r; 3kcTE&1^
} /&F,V+x
template < typename T1, typename T2 > W>VP'vn}
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const !zj0/Q G\
{ /xGmg`g<#
return (T1 & )r1; ~c)~015`
} ^<e@uNGg
} ; mC?i}+4>4R
K{b(J
Nd
template <> &[NG]V!Oc
class holder < 2 > P&m\1W(
{ 7XKY]|S,'
public : b"!Q2S~
template < typename T > }g# &