一. 什么是Lambda D_N0j{E
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 8aqH;|fG}
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, K/YXLR +
+C}s"qrb@
9xN`
HJi
FlL3
class filler WaPuJ5;e
{ &gg Om
public : Zg*XbX
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} a'%eyN
} ; en_W4\7^
s||c#+j"8
>"q?P^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: 'uW&ADp
Z=m5V (9
Gw$Y`]ipy
4wkmgS
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); A-eRL`
!X5LgMw^ ;
aBd>.]l?
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 qOTo p-
j5gL67B
`Hx JE"/
_ea|E 8
二. 战前分析 wX4gyr
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 +h)1NX;o1
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 U]]ON6Y&F
ae#Qeow`
X:/7#fcG8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); .T1n"TfsGO
/* --------------------------------------------- */ K0{
,*>C
vector < int *> vp( 10 ); n%ypxY0
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); -l~+cI \2
/* --------------------------------------------- */ P8X59^cJ
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 7<*,O&![|
/* --------------------------------------------- */ JA$RY
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); S-[S?&c`
/* --------------------------------------------- */ lt("yqBu
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); g5;Ig
/* --------------------------------------------- */ kxLWk%V
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); `qV*R
2
FN<Sagj
_]zH4o<p
l[6lXR&|
看了之后,我们可以思考一些问题: 0m,q3
1._1, _2是什么? `< 82"cAT{
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。 q`|rS6
2._1 = 1是在做什么? 0iV~MQZ(
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。 Ov#G 7a"
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。 d}2(G2z^
7fC:'1]G
1=_Qj}!1
三. 动工 489xoP
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: G-TD9OgZ
pLe[<N
I_Omv{&u
n#5S-z1KNw
template < typename T > F@b=S0}K
class assignment n}dLfg*
{ $T6+6<
T value; )SHB1U25{
public : !mZWd'
assignment( const T & v) : value(v) {} =u`tlN5pOT
template < typename T2 > wg4Ol*y'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ZUakW3f
} ;
T|2v1Vj
FEi@MJJ\e
y7Nd3\v [\
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 P7epBWqDP
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment L1kAAR
mgTzwE_\
MnP+L'|
TSH'OW !b
class holder X.V4YmZ-;
{ #fDM{f0]R
public : B%WkM\\!^
template < typename T > lf\^!E:
assignment < T > operator = ( const T & t) const G8.nKoHv7x
{ G0h e'BR
return assignment < T > (t); ^vJy<
} A: O"N
} ; zJ_y"bt
oS~;>]W
+OZ\rs
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: HLC I
hOYP~OR
static holder _1; NFPWh3),f
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 lMgPwvs'
V0G[f}tm'
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 3pe1"maP
而不用手动写一个函数对象。 p/HGI)'
VHG}'r9KC%
A@eR~Kp
^
30O7u3Zrb
四. 问题分析 tF6-@T\6
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 o%OwKp
s
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 abp\Ih^b
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 "-P z2QJY
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 P5W58WxT'
下面我们可以对这几个问题进行分析。 -56gg^Pnr
Fw8b^ew
五. 问题1:一致性 ;u=%Vn"2a
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| BDCyeC,Q3
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 p*U!94Pb
@SI,V8i
struct holder !R![:T\,
{
WtC&Qyuq
// /I:&P Pff
template < typename T > YRCOh:W*
T & operator ()( const T & r) const RN$>!b/
{ z3{Cp:Mn
return (T & )r; HP\5gLVXY
} vSY
YetL
} ; 1--Ka& H
_}cD_$D
这样的话assignment也必须相应改动: 8~F?%!X
%LuA:{EVD
template < typename Left, typename Right > 6`X}Z'4.Ox
class assignment B=%x#em
{ 7nsovWp
Left l; UjMWSPEBy
Right r; #|T2`uYotf
public : 0lOR.}]q
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} xUTTRJ(\
template < typename T2 > cdN =HM~I
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } -e>Z!0
} ; dK4w$~j{k
lqmr`\@)
同时,holder的operator=也需要改动: Ir=G\/A
+.g j/uy*
template < typename T > `lrNH]B
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const r]U8WM3r
{ w&e3#p
return assignment < holder, T > ( * this , t); z6P~HF+&h
} *m2?fP\
3"sXN)j
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。 FF;Fo}no-
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 '<>?gE0Cd
]<K"`q2
return l(rhs) = r; ~[f`oC
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。 Er
-rm
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 7*
[
N( f0,
template < typename Tp > %j2$ ezud
class constant_t 3#Iq5vT
{ YABi`;R]'
const Tp t; V9D q<y-y
public : 2qQ;U?:q
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} !N!AO(Z
template < typename T > )Cat$)I#,
const Tp & operator ()( const T & r) const qj4jM7
{ w"W;PdH)
return t; x&r f]R
} ?6HnN0A)
} ; >x6)AH.
5tk7H2K^<
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 *!j!o%MB
下面就可以修改holder的operator=了 J/3$I
6J">@+
template < typename T > F%.UpV,
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 64vj6 &L
{ Ktu~%)k%
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); a!f71k
r
} %xKZ"#Z#K
+~= j3U
同时也要修改assignment的operator() 4P"XT
itg"dGDk
template < typename T2 > C XNYWx
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } -wf>N:
现在代码看起来就很一致了。 Z{/GT7 /
8n:N#4Dh^
六. 问题2:链式操作 0JKTwLhC
现在让我们来看看如何处理链式操作。 5m;BL+>YE
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。 g9=_^^Tg
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。 \}X[0ct2!
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。 `sgW0Uf
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Vol}wc
&C)97E
template < typename T > i g
.
struct result_1 Ps<k 2
{ 5X9L h_p
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Pa?{}A
} ; fsWIz1K
IVa6?f6H_
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: ;]bW
'&2-{Y [!
template < typename T > P]OUzI,
struct ref LFr$h`_D5
{ &|#,Bsk"@
typedef T & reference; TKiYEh
} ; 0F.S[!I
template < typename T > <@lj\,
struct ref < T &> 6L)7Q0Z
{ B@#vS=g
typedef T & reference; N1.fV -
} ; >;R7r|^k
NjPQT9&3h
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: AX
Q.E$1g
I*$-[3/
template < typename T > d+6q%U
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const NqveL<r`
{ {wgq>cb
return l(t) = r(t);
A;*<
} UJ(UzKq8
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。 rq Uk_|Xa
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 lL
50PU
8TK*VOf`
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 gv D*^
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: kP5G}Bp
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 EziGkbpd@
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 c=QN!n:
最后的布局是: -@Urq>^v T
Add Qpj[]c5
/ \ [LUqF?K&
Divide 5 T LF'7ufq
/ \ Le{.B@2-"
_1 3 Q04
`+Vr
似乎一切都解决了?不。 qJ<l$Ig
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 wp5H|ctl
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 dV16'
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: .p?SPR
YU!s;h
template < typename Right > cSNeWJKA6
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 4i5b.bU$
Right & rt) const |sl^4'Ghc
{ 0\s&;@xKk
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ^,)nuUy
} bI_MF/r''
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 7+IRI|d
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。 9\T9pjdZE
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。 M4CC&?6\
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。 @K}h4Yok
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。 ^zS;/%
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? Bu+?N%CBi
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: @8+v6z
Ta/u&t4
template < class Action > *"4l}&
class picker : public Action pU[yr'D.r
{ {`T^&bk
public : ,nGQVb
picker( const Action & act) : Action(act) {} TtKKU4 yp
// all the operator overloaded rkR~%U6V
} ; 5tzO=gO[
jA[")RVG
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。 {,Rlq
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: JAI.NKB3
fO
.=i1
E}
template < typename Right > B@VAXmCaoV
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 6`bR'
0D
{ ]*Q,~uV^|
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); <P6d-+
} H*+7{;$
VZ y$0*
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > {^^LeUd#V
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。 yy&L&