一. 什么是Lambda "hxN !,DEZ
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Fb`a~c~s
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, @mP]*$00
RGKYW>$0RR
)Z 9E=%
Hmt^h(*/2
class filler [epi#]m
{ *a;@*
public : U1_@F$mq<
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} P262Q&.}d
} ; H,fZ!8(A_)
)L{ghy
}/tf>?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: #'D"
'B
eV:9y
vX0f,y
xw^R@H
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Z>c3
lGwl1,=
RqEH|EUZ
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 hI%bjuq
^bg2[FV
f"7O "6
3~ S'LxV
二. 战前分析 IN8>ZV`j)
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。 {'?)FX*W
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 0.T4{JS#
F'jWV5"*
lO&3{dOYE
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ]D[DU]K
/* --------------------------------------------- */ gb
^?l~SS
vector < int *> vp( 10 ); $3`>{3x$
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ;<yd^Xs
/* --------------------------------------------- */ 'o|30LzYgQ
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); k.("3R6v:
/* --------------------------------------------- */ SDu#Yt&mhh
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); aRG2@5
/* --------------------------------------------- */ S5~VD?O,
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); - p3Re9
/* --------------------------------------------- */ Bjk]ZU0T
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); A+6 n#
\drqG&wl
qmO6,T-|
@1*ohdHH
看了之后,我们可以思考一些问题: 8Ac)'2t;U
1._1, _2是什么? Bm&kkx.9P
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。 ~|<WHHN(
2._1 = 1是在做什么? $o$
maA0
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。 d>;&9;)H
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。 2gO2jJlv
S*j6OwZ
lY|Jr{+Ln
三. 动工 U2uF&6v
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 9Gv[8'I
'YNT8w/3
=]:> "_jN
GKN%Tv:D_
template < typename T > GpZc5c
class assignment WVVJ
{ f|O{#AC
T value; $)3%U?AP
public : O@p]KSfk
assignment( const T & v) : value(v) {} 311LC cRp
template < typename T2 > :Ad&$eg+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } t#q<n:WeYU
} ; pZ/>[TP(%F
': N51kC
/~ x"wo
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 EEGy!bff
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ZPbpp@,
nstUMr6
yAoe51h?
LpR3BP@At
class holder `rf_7
{ +$oF]OO
public : ]\7]%(
template < typename T > z5)s/;Sc
assignment < T > operator = ( const T & t) const ^Z:~91Tv-_
{ jDQZQ NS
return assignment < T > (t); ^ f# FI&
} os/vtyP:a
} ; [IK )
R: l&2k@
V}\~ugN)y
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: `uC@nJ
Pp )3(T:
static holder _1; ?O>V%@
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <=f}8a.R3
9K9DF1SOa
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); =i~}84>
而不用手动写一个函数对象。 -jMJAYj V
G "73=8d
lo[.&GD
foQ#a
四. 问题分析 6`f2-f9%iq
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ">#wOm+ +
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 cReB~wk
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Mbb x`
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Nm|!#(L
下面我们可以对这几个问题进行分析。 `ho1nY$)CE
O%FPS=
五. 问题1:一致性 0qX3v<+[6
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?| *4V=z#
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 lV%N
hiQha5
struct holder V7/I>^X
{ Q[nEsYP
// mauI42
template < typename T > k+ze74_"
T & operator ()( const T & r) const T<XA8h*
{ ih7/}
return (T & )r; \EVBwE,
} U\Z?taXB
} ; qHxqQ'ks;
y\a1iy
这样的话assignment也必须相应改动: je!-J8{
daYx76yP_?
template < typename Left, typename Right > @HOBRRm`
class assignment ~JaAii{
{ %Ah^E$&n2
Left l; y3h/IpT
Right r; -{ H0g]
public : ;UxP
Kpl
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ONe# rKJ_
template < typename T2 > ^k9kJ+x^S2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } K"r*M.P>
} ; 0(S"{Ov
?]*^xL;x?
同时,holder的operator=也需要改动: &uO%_6J
x@*SEa
template < typename T > -]QD|w3dp
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const HaP}Y:p
{ WVI{oso#
return assignment < holder, T > ( * this , t); -?0qf,W.
} yxH ( c
?Orxmxc
2
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。 t2lS
~l)
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 QDu 2?EYZq
o#skR4lwe
return l(rhs) = r; Rb.SY{}C
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。 62Z#YQ}x
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: `DC2gJKk%
l g-X:Z.
template < typename Tp > {DR`;ea])1
class constant_t [<6S%s
{ $g
sxO!G
const Tp t; 8|" XSN
public : ;A*`e$
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} :3I@(k\PY
template < typename T > #Y4=J
6
const Tp & operator ()( const T & r) const 1~PV[2a
{
~/P&Tub^
return t; \ioH\9
} {j7uv"|X7
} ; ^pYxKU_O
JhLgCnm
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 AT%u%cE-
下面就可以修改holder的operator=了 ' hs2RSq
o}$EG
template < typename T > 2* 2wY =
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const }yz (xH
{ *3?'4"B{8
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Dp':oJC
} 2n|K5FR()
3J5!oF{H
同时也要修改assignment的operator() 'JRvP!]
sNLs\4v
template < typename T2 > aXoVy&x=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } jJ5W>Q1mK$
现在代码看起来就很一致了。 [Lzw#XE
oomT)gO 6*
六. 问题2:链式操作 Gy6l<:;
现在让我们来看看如何处理链式操作。 m_)FC-/pSl
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。 xjVS
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。 <UQe.K"
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。 !Y[lQXv
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct XR;eY:89
&MCbYph,
template < typename T > 1
=M ?GDc
struct result_1 7BJzMlJ1Y
{ BYMi6wts
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; o<|P9#(U"
} ; }3OKC2K~
MZT23[+
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: 6Q${U7%7
y$_eCmq
template < typename T > `nZ )>
struct ref egq67S
{ E/%9jDTQ
typedef T & reference; u)~C;f)
} ; zc;|fHW~O
template < typename T > !K'}K>iT
struct ref < T &> RH&~+5
{ U4b0*` o
typedef T & reference; (w}H]LQ
} ; P7{gfiB
dF2nEaN0%
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: :R~MO&
=fO5cA6Z
template < typename T > !lj| cT9
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const <1t*I!e_
{ FW21 U<
return l(t) = r(t); }n4V|f-
} #~<0t(3Q
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。 #g]vc_V
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 `0Oh_8"
"$2y-|
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 j4^9 7
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: !;KCU^9
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ;,?KI$K
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 t},/}b
最后的布局是: _t^{a]/H
Add j4cwI90=
/ \ 2(#7[mgPI
Divide 5 0sfr d
/ \ XBp? w
_1 3 j'MO(ev
似乎一切都解决了?不。 &3n~%$#N
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。 HBu[gh;b
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。 ''0fF_P
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: W7 #9jo
w tiny,6
template < typename Right > i:OK8Q{VI
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 6jC`8l:
Right & rt) const Bg|5KOnd
{ Aj+2;]M
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); V 7Ek-2M
} 5'X ]k@m_
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 @T'i/}nl
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。 M!REygyx
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。 F!]lU`z)=
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。 7~5ym15*
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。 K>DRJz
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? Vnr[}<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: \cUC9/
b
VB,?Mo}R
template < class Action > 4}eepJOn
class picker : public Action qa0 yg8,<
{ d\jPdA.a=
public : r}mbXvn
picker( const Action & act) : Action(act) {} =9fajRFTt
// all the operator overloaded f
(F)1
} ; ".<DAs j
aPm`^
q
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。 ,v';>.]
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: *fn*h[pV&
W8KDX_vGJ
template < typename Right > )C(?bR
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const &