一. 什么是Lambda o%`npi1y
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 m?;$;x~Dj
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, %2D17*eK
Mlj#b8
?/'}JS(Sm
<0 uOq
class filler Qn.[{rw
{ Me/\z^pF
public : Us-A+)r*!
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} \QT9HAdd@
} ; 8;#AO8+U7)
6IP$n($2
"OL~ul5
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: X>t3|h
9P.(^SD][z
Z>2]Xx%
\
HabzCH
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); XV=S)
FVgMmYU
2]2H++
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 8a>SC$8"
%hINpZMr
@o#+5P
$"8d:N?I[
二. 战前分析
OJ/SYZ.r
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 {155b0
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 .GCR!V
O@jqdJu
S;=_;&68?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1,`H:%z%
/* --------------------------------------------- */ =j~Q/-`EC0
vector < int *> vp( 10 ); =Ndli>x}1
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); +.@c{5J<
/* --------------------------------------------- */ XdsJwn F
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ooE{V*Ie
/* --------------------------------------------- */ #s2B%X
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); y94kX:q
/* --------------------------------------------- */ %>y;zqZIU
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); QaQ'OrP
/* --------------------------------------------- */ p<5!02yQ\
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); } 0M{A+
4 x,hj
OCnFEX"
0E6lmz`O
看了之后,我们可以思考一些问题: Rri`dmH
1._1, _2是什么? 6Cc7ejt|u
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 DMZ`Sx
2._1 = 1是在做什么? m xJXL":|
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 G {b:i8}l
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 )~
z Z'^
=g~j=v,e
UFEN y."P
三. 动工 S|K}k:v8
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: A#DR9Eq
%0XvJF)s
KDey(DN:
"8(U\KaX
template < typename T > +\`rmI
class assignment 6GINmkA
{ 6t}XJB$+7
T value; 2dbRE:v5
public : 6I |A-h
assignment( const T & v) : value(v) {} {/}^D-
template < typename T2 > B~TN/sd
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } @6&JR<g*t
} ; {TAw)!R~
\%5MAQS
H}nJbnU
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 AhxGj+
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment C1QV[bJK
#w>~u2W
&q>zR6jne
YaL]>.;Z:"
class holder H+l,)Se
{ B?6QMC;
public : #C*&R>IvY
template < typename T > ]ii+S"U3
assignment < T > operator = ( const T & t) const S%l:kKD
{ R1%y]]*-P
return assignment < T > (t); .y): Rh^
} Acu@[I^
} ; yn~P{}68
j*zD0I]
u^4h&fL
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: lTz6"/
B9M>e'H%<
static holder _1; nPA@h
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ]b}B2F'n
>eS$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); }htPTOy5
而不用手动写一个函数对象。 T20VX 8gX
7SS07$B
YD&_^3-XM
zY%. Rq-
四. 问题分析 #jS[
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 _H\<[-l
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ebM{OI
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 3?E}t*/
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 dGkgaC+
下面我们可以对这几个问题进行分析。 97LpY_sU
C2/}d? bki
五. 问题1:一致性 h6M;0_'
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| \Tm}mAvK/o
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 36$[
o""~jc~
struct holder KCtX$XGL
{ u\g,.C0
// .\)A@ua^
template < typename T > 6 hiC?2b{x
T & operator ()( const T & r) const h$fe -G#
{ u%2KwRQ
return (T & )r; j[e,?!8;
} ;BBpN`T
} ; lG"H4Aa>
yV]xRaRr2
这样的话assignment也必须相应改动: R$6qoqv{yG
}5b M1h#z
template < typename Left, typename Right > +nU.p/cK+\
class assignment 3-x%wD.
{ &u8z5pls8
Left l; OJ,m1{9$}
Right r; E%3TP_B3
public : 7z'ha?
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Ade}g'
template < typename T2 > -s"0/)HD
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } !7 _\P7M
} ; }[n5n
/[pqI0sf<A
同时,holder的operator=也需要改动: x$B&L`QV
U^_D|$6
template < typename T > _gV8aH ZyM
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const hh"-w3+
{ qrBZvJU
return assignment < holder, T > ( * this , t); IXq(jhm8bL
} CqoG.1jJS
G{lcYP O
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。 &/WAZs$2n
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 _>_j\b
@ 4UxRp6+
return l(rhs) = r; %ROwr[Dj=
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。 [Z<Z;=t
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: |NMO__l@
PK:2xN:=
template < typename Tp > w^;DG
class constant_t a5?8QAO~r
{ Y(VO.fVJK
const Tp t; .eF_cD7v
public : OO-k|\{|
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} GozPvR^/
template < typename T > nhH;?D3
const Tp & operator ()( const T & r) const =m tY
{ ' [p)N,
return t; \}dyS8
} ZYMw}]#((E
} ; id,NONb\
Ge \["`;i
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 6/Y1 wu
下面就可以修改holder的operator=了 /q1s;I
.-]R9KjR1J
template < typename T > !I8f#'p
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const };katqzEg
{ x;#zs64f
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); z2 hFn&
} f8n
V=AQ
kiUk4&1
同时也要修改assignment的operator() pIO4,VL;W
T>d.#
template < typename T2 > 1FERmf? ?d
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } o0I9M?lP
现在代码看起来就很一致了。 ;ojiJ?jU
]<trA$ 0
六. 问题2:链式操作 `
\ZqgX4
现在让我们来看看如何处理链式操作。 iHBB,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。 74J@F2g}?
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。 "/+zMLY
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。 2qU&l|>
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct s~L</Xvo
7P**:b
template < typename T > Qc"'8kt
struct result_1 D"l+iVbBP
{ j^SZnMQf
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; g>j| ]6
} ; SF<Vds}A2
f =s&n}
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: ?M}S|dsmE
l-)Bivoi
template < typename T > Q*ju
sm
struct ref _8fA?q=
{ JK)qZ=
typedef T & reference; b{cU<;G)y.
} ; U
?b".hJ2
template < typename T > (q;bg1\UK
struct ref < T &> 6|;Uq'
{ }nrXxfu
typedef T & reference; {aOkV::
} ; !xK=#pa
eSy(~Y
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: [kB
`
<"tDAx
template < typename T > "@ E3MTW
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Gi?_ujZR
{ !@L=;1,
return l(t) = r(t); ocQWQ
} {{{#?~3$7
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 R[Fn0fnLx
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 9lzQ\}
1{PG>W
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 i*[n{=*l@
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: IOl+t,0x&
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 cy3Td28,
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 EbK0j?
最后的布局是: SreYJT%
Add c$H+g,7xQ-
/ \ :#{Xuy:
Divide 5 `!4,jd
/ \ F4C!CUI
_1 3 +l0g`:
似乎一切都解决了?不。 93Yn`Av;
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。 SaDA`JmO
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。 3YL
l;TP_
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: *dsX#Iz
[M+tB"_
template < typename Right > ,T5u'";
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const I0Ia6w9
Right & rt) const _eQ-`?
{ HZjf`eM,
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); S\ ,mR4:
} )e%}b-I'r
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 !]koSw}
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。 @F5f"8!.\
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。 {7"0,2 Hb?
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。 t#wmAOW
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。 yI;"9G
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? 6d|q+]x_n
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: 5LW}h^N
! fl4"
template < class Action > 6(V
/yn~
class picker : public Action b]fzRdhl
{ L36Yx7gT<
public : [
!%R#+o=F
picker( const Action & act) : Action(act) {} 4[2_,9}
// all the operator overloaded /DFV$+9
} ; Tx>K:`oB
EtJ8^[u2J
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 2&LQg=O
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: aMuVqZw
}SfbCa)UO
template < typename Right > blt'={Z?.x
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 8*a),
3aK
{ pbk$o{$`W
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); O1y|v[-BW
} xTV{^=\rS
p.K*UP
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > *VeW?mY,P
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。 :}}%#/nd
iz^qR={bW
template < typename T > struct picker_maker Zj9c9
{ d IB }_L
typedef picker < constant_t < T > > result; x~DLW1I
} ; C"V%# K
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > qYB~VE03
{
Nh!_l
typedef picker < T > result; 6z,Dyy]tl
} ; 7(k^a)~PL
sfD5!Z9#1
下面总的结构就有了: LDj<?'
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。 oOU1{[
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。 Pcd *">v
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 WrGK \Vw[
至此链式操作完美实现。 jA(vTR.`
gBw^,)Q{0Y
WCq
/c6 D
七. 问题3 b~Y%gC)FR
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。 4vZ4/#(x
N3A<:%s
template < typename T1, typename T2 > 9(_{`2R8
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const #;VA5<M8
{ /Ft:ffR|R
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); J
m{
} ^_5|BT@
n(ir[w#,]"
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: EMvHFu
~Qj}ijWD
template < typename T1, typename T2 > HTjkR*E
struct result_2 ~f>2U]F>5
{ y0bq;(~X~
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; $K}DB N; 4
} ; S6i@"h5
}^ FulsC
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? 'xK.UI
这个差事就留给了holder自己。 UmU:j@xvg
@E9" Zv-$
PO-"M)M
template < int Order > Tbbz'b;{
class holder; B|=|.qp$)
template <> U]6&b
class holder < 1 > &m^@9E)S/
{ KM,|} .@:
public : e79KbLV
template < typename T > LO%!Z,}
struct result_1
^z;JVrW
{ Jl<ns,Zg
typedef T & result; R=)55qu
} ; wD\ZOn_J
template < typename T1, typename T2 > f>9s!Hpu_
struct result_2 VDF)zA1V
{ Bik*b)9y2
typedef T1 & result; PH3 >9/H
} ; ,?cH"@RJ
template < typename T > Zl/<