一. 什么是Lambda *m>XtBw.
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 7RpAsLH=
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, 'B"A*!"b
&x
mYp Q
G=VbEL^H
=cP7"\
class filler BH;7CK=7R
{ ~ZxFL$<'3
public : arQEi
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} vG2&qjY1
} ; :c?}~a~JO(
!kpnBgm U
U
%,K8u|WH
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: <jjn'*44f
S&q(PI_"
S.)+C2g,@
=Rw-@*#l
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); s/+k[9l2
PV(TDb:0
q@+#CUa&n
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 @lO(QpdG
cUDo}Yu
QBD\2VR
l)P~#G+C
二. 战前分析 RZL:k;}5
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 mI4)+8SUu
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 r5s$#,O/&Q
_v\L'`bif
(\qO~)[0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); HLruZyN4
/* --------------------------------------------- */ 9) ~Ha iVB
vector < int *> vp( 10 ); gX'nFGqud
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 5 0KB:1(g
/* --------------------------------------------- */ OS{j5o
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); f8AgTw,K8
/* --------------------------------------------- */ 4k6,pt"
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); =X24C'!Mpe
/* --------------------------------------------- */ ]+)cXJ}6#
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); .I1k+
/* --------------------------------------------- */ S!J wF&EW
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); uK!G-1
]A.tauSW
ohW
qp2~
j~#nJI5]
看了之后,我们可以思考一些问题: YT@D*\
1._1, _2是什么? [@4.<4Y
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。 Dpf"H
2._1 = 1是在做什么? I5$]{:L|9
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 Ojwhcb^
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 Osj/={7g
^?Y x{r~9
9|K3xH
三. 动工 (Z)F6sZ`8
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: EW Z?q$
H6Dw5vG"l
]N#%exBVo
2sXNVo8`w"
template < typename T > >vny9^_
class assignment v "Yo
{ -0G/a&ss
T value; $KAOJc4<
public : 0^G5 zQlj
assignment( const T & v) : value(v) {} -V\$oVS0S
template < typename T2 > JsY|Fv
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } A])+Pe
} ;
(;(P3h
.^ o3
&?wNL@n
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ,T<q"d7-#
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment #ts;s\!
)^q7s&p/
_
!r]**
qHtonJc
class holder x<lY&KQ0
{ ))xyaYIZkk
public : li j>u
template < typename T > l+!eC
lM%
assignment < T > operator = ( const T & t) const 5p]Cwj<u
{ wiE'6CM
return assignment < T > (t); DX\|*:,
} tUXly|k
} ; Q.zE}ZS
\(g/::|
%c`P`~sp
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: 3;t {V$
fZ7Ap3dmP
static holder _1; 4eh~/o&h
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 W5c?f,
:IB@@5r1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); s(u,mtG
而不用手动写一个函数对象。 k __MYb
NB@TyU
ROWrkJI>i
k&M9Hn2
四. 问题分析 _=*ph0nu
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。 ]A%S&q
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。 'Io2",~
M
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 `COnb@uD
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 >$ok3-tuU
下面我们可以对这几个问题进行分析。 a* GiLq
EH2a
五. 问题1:一致性 ~;ZT<eCIA
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?| QswbIP/>:'
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 gK
Uci
=e j'5m($3
struct holder =|Vm69
{ .`;
bQh'!
// F&[MyX U4
template < typename T > "%[a Wb
T & operator ()( const T & r) const N{<9Njmm
{ T x
6\
return (T & )r; M%S.Z4D
(0
} P"k`h=>!4
} ; -Rcl(Q}LZ
VQe@H8>3
这样的话assignment也必须相应改动: 3l?-H|T
7~H.\4HB
template < typename Left, typename Right > YuVg/ '=
class assignment 48p< ~#<W\
{ 8-clL\bm
Left l; Uk0Fo(HY
Right r; u
^}R]:n
public : +ia N[F$
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 4w<4\zT_U}
template < typename T2 > J\fu6Ti
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 6M-Y`T`J
} ;
J~=tR1k
XxeyGs^%9
同时,holder的operator=也需要改动: Dc;zgLLL
78n`VmH~L
template < typename T > ^PrG5|,s
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const x |0@T ?
{ 7!r)[2l
return assignment < holder, T > ( * this , t); YI!@,t
} 9@{=2 k
_4lhwKYU
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。 !%,k]m'
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 H7&bUt/
wz1fl#WU
return l(rhs) = r; _1EWmHZ?
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。 ! {c"C
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ,lUr[xzV
Z?AX
template < typename Tp > hO H
DXc"
class constant_t v[t*CpGd
{ b$O1I[o
const Tp t; $1< ~J
public : 8*\PWl
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} XaH%i~}3
template < typename T > ?VaAVxd29
const Tp & operator ()( const T & r) const 8*[Q{:'.
{ l2[{T^
return t; aH(B}wh{
} ~P5;k_&
} ; }+3v5Nz;
p^/6Rb"e
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 #lo1GoL\
下面就可以修改holder的operator=了 8H<:?D/tH
Zwm2T3@e
template < typename T > [L4s.l_#
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const |WMP_sGn
{ `Ir{ax&H.e
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); sPoH12?AL
} =bDy :yY}
}2CVA.Qm!
同时也要修改assignment的operator() ?Gr2@,jlD
G
zw
$M
template < typename T2 > T#:n7$M|?A
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 2S#|[wq(
现在代码看起来就很一致了。 uU;]/
+,$ SZ O]
六. 问题2:链式操作 #G`UR
现在让我们来看看如何处理链式操作。 W]l&mr
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。 ),53(=/hl
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。 D @bnm
s
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。 i*9Bu;
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct i{.%4tA4
Qe,aIh
template < typename T > ER4j=O#
struct result_1 $<QOMfY>
{ fAHf}j
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Cg 4l*"_
} ; hantGw|
"PhP1;A9,
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: xfsf
kH9P(`;Vq
template < typename T > 64jFbbd-/
struct ref O>)Fl42IeD
{ Tu*"+*r>s
typedef T & reference; SuuLB6{u3
} ; )~CnDk}^R
template < typename T > jXCSD@?]K
struct ref < T &> vD@=V#T
{ L%sskV(
typedef T & reference; YKtF)N;m]
} ; F-SD4a
$lYy `OuC
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: qo^PS
@}[yC['
template < typename T > /6@iRswa
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const pZUXXX
{ AIK99
return l(t) = r(t); "z/)> ?Wn
} $~s|%>@
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 =k+nC)e
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 %hM8px4d
xLp<G(;
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 -Nn@c|fz
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ZQV,gIFys
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 'Bc{N^
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 %D9,Femt
最后的布局是: P9/Bc^5'
Add WVa#nU^
/ \ |?=a84n1l
Divide 5 vC1D}=Fp
/ \ pY T^Ug
_1 3 YA,vT[kX
似乎一切都解决了?不。 F{;{o^Pv
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 X4z6#S58
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 `$hna{e^n
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: !Ic{lB
%
bpVK~z
template < typename Right > ^xZ o.P
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const T)Ohk(jK1
Right & rt) const rr;p;
{ VGDds
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); %hnv
go:^g
} gp`H>Sn.|
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 m.|__L
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。 45+w)Vf!
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。 @s[Vtw%f
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。 dH8^\s .F
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。 '1u!@=.\G
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? ZA>p~Zt
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: Yc]
n>|7 k3
template < class Action > KOqp@K$
class picker : public Action qC;1ND
{ ]u\K}n6[q
public : GI ~<clhf
picker( const Action & act) : Action(act) {} `~ ,
// all the operator overloaded 14LOeo5O
} ; iJH;OV;P
.PHz
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。 Frxim
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: A3jT;D9Y%
D;RZE
template < typename Right > .NOh[68'
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const kl&9M!;:n
{ b{WEux{)
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Gs7#W:e7
} ]`S35b
7 g2@RKo
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 9"%ot=)
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。 [
S_8;j
^ .]]0Rp&
template < typename T > struct picker_maker Fy!-1N9|l
{ gXzp$#
typedef picker < constant_t < T > > result; $&