一. 什么是Lambda tn38T%
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 L$t.$[~L
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, #=uV, dw
mswAao<y&x
7?@ -|{
QtHK`f>4#n
class filler [zJ|61^
{ joA>-k04
public : lJvfgP-j
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} q x5jaa3
} ; _s18^7
`(uN_zvH
8hV>Q
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: xp*Wf#BF
A1Es>NK[qW
2`^M OGYk
MFyi#nq
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); V7<w9MM
fnJx$PD~
.k -!/ ^
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 GLp~SeF#
w,*#z
)vD:
i~"lcgoO
二. 战前分析 U!
$/'Xi9
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 qDS~|<Y5
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 <5!)5+G
qm/#kPlM
Hkrh d
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); XUVBD;"f!
/* --------------------------------------------- */ =d BK,/
vector < int *> vp( 10 );
CH$K_\
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); <:>[24LJ{
/* --------------------------------------------- */ "_0sW3rG
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); NT=)</v
/* --------------------------------------------- */ Z&|Dp*Z
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); eGW
h]%
/* --------------------------------------------- */ 3Yf~5csY
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); OUhlQq\
/* --------------------------------------------- */ tISb' ^T
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); e}NB ,o
5SEGV|%
LEg ?/!LIT
1*?XI
看了之后,我们可以思考一些问题: ~^/BAc
1._1, _2是什么? ;TKsAU
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。 2WS Wfh
2._1 = 1是在做什么? *P\OP'o_
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。 mKJO?7tj
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。 |RH^|2:x9Q
,f~)CXNT?
kl|m @Nxp
三. 动工 KwY6pF*
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 8/@*6J
P N(<=v&E
aJJ)ZP2+
*XI-
nH
template < typename T > iU|X/>k?
class assignment x<5;#
{ 4D[(X=FSU
T value;
c`}YL4
public : J ql$
g
assignment( const T & v) : value(v) {} =)%~QK{Y
template < typename T2 > 79 \SbB
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } [5PQrf~Mo
} ; F8J\#PW
s(:N>K5*
PKZMuEEy,
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 * $|9e
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment jA3xDbM
v2ab84
C*
,Vy_%f
lvG+9e3+
class holder To;r#h
{ 8w ]'U
public : 2]5ux!Lqln
template < typename T > G%dzJpC(
assignment < T > operator = ( const T & t) const Z*Fn2I4
{ _=K\E0I.m
return assignment < T > (t); ),@m
3wQ
} 6 u,w
} ; b2^O$l
c3)6{
+FC+nE}O
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: #.2} t0*]5
8#|PJc
static holder _1; n[7=
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 2E.D0E Cu
z>HM$n`YD
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); K7ZRj\(CJv
而不用手动写一个函数对象。 lT8^BT
/BrbP7
g{Hb3id9
L,3%}_
四. 问题分析 CtHsi8m
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。 2U3WH.o
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。 IIAm"=*
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 -yMD9b
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ?^U1~5ff)
下面我们可以对这几个问题进行分析。 0BN=>]V~j7
Bam 4%G5
五. 问题1:一致性 k^%F4d3z@C
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?| ={I(i6
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 [ z{}?
8p]Krs:
struct holder "4CO^ B
{ ei
@$_w*TH
// Sj;:*jk!h
template < typename T > X1="1{8H
T & operator ()( const T & r) const KS;Wr6]@(O
{ +2m\Sv V
return (T & )r; Cdc=1,U(
} \O\veB8
} ; R}$A>)%dx
4Z/]7Ie
这样的话assignment也必须相应改动: |Gt]V`4
{WuUzq`
template < typename Left, typename Right > #Qd"d3QG
class assignment Gu%}B@ 4^
{ (y?`|=G-xT
Left l; wTn"
Right r; 51puR8AG>
public : *KPNWY9!W
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} << aAYkx<
template < typename T2 > { pu .l4nk
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } JjG>$z
} ; ZRYHsl{F+
+|Mi lwr
同时,holder的operator=也需要改动: #+;0=6+SM
0{>P^z
template < typename T > $,jynRk7q
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const l_ycB%2e^
{ [4HOWM>\
return assignment < holder, T > ( * this , t); ANd#m9(x
} yV5AVMo
L)_L#]Yy
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 BoXGoFn
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Jek)`D
**Q
K}j[D
return l(rhs) = r; P26YJMJ'
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 oHx =Cg;
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: d<v)ovQJ]
oBzjEv
template < typename Tp > d+g+{p>?
class constant_t _"sFLe{
{ 67d p)X
const Tp t; si|b>R&Z
public : 1 =9 Kwd
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} d=:&tOCg2
template < typename T > 0& ?/TSC
const Tp & operator ()( const T & r) const g}'(V>(
{ f"A?\w @
return t; ,7izrf8
} #zw 'H9l
} ; & ^JY
Z sbE
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 <utD&D8w
下面就可以修改holder的operator=了 +X7+:QQ}
R6dD17
template < typename T > f*ZIBTb 9
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const uM9RlI5
{ u6BLhyS
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); wQ/FJoB
} X&({`Uw<K
06vxsT@
同时也要修改assignment的operator() }5sJd>u5^
1R"ymWg"
template < typename T2 > 9-N*Jhg
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } @|J+f5O
现在代码看起来就很一致了。 DmgWIede|:
OcGHMGdn
六. 问题2:链式操作 w1P8p>vA1
现在让我们来看看如何处理链式操作。 U/bQ(,3}
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 _sp/RU,J-3
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 s1NRUV2E
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 '}T6e1#JV
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct =H2.1 :'
;&G8e*bM2
template < typename T > +BE_K_56
struct result_1 &d^u$Y5
{ \i$WXW]|
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; W]DZ'
} ; IMay`us]:8
aqAWaO
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: 8k`rj;
N>4uqFo
template < typename T > vd'd@T
struct ref edD"jq)J
{ _<1uO=km6
typedef T & reference; o]|a5.O
} ; Xm}~u?$3
template < typename T > CJu3h&Rp
struct ref < T &> B?)=d,E
{ FGG7;0(
typedef T & reference; v(2|n}qY
} ; |,Xrt8O/[
ghd*EXrF
H
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 1f^4J~{
\;Ywr3
template < typename T > 53cW`F
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const jPf*qe>U
{ fUgI*V
return l(t) = r(t); *k#M;e
} pu +"bq
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。 aPMqJ#fIr
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 aD:vNX
|4s`;4c&
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 +]%d'h
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: p x1{=~V/
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ^N5BJ'[F:
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 H#B~h4#
最后的布局是: ,pz^8NJAI
Add <H)I06];
/ \ ki^c)Tqn
Divide 5 ymLhSF][
/ \
uT??t=vb
_1 3 ?E?dg#yk
似乎一切都解决了?不。 $G5;y>
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 yprf
`D>
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 tj_+0J$sw:
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: `9
&k+'TcWm
template < typename Right > ,S i23S\
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const $MEKt}S
Right & rt) const e)~7pXYV)
{ t%n3~i4X:
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); @P^8?!i+
} 0=r.I}x
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 FV&&
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。 .Qp 5wCkM
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。 jtk2>Ol
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。 b1}P3W
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。 4#z@B1Jx
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? ,afh]#
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: yH8
N 8
8h#/b1\
template < class Action > qxsK-8KT<
class picker : public Action Jk)^6
{ $#dPM*E
public : q=5#t~?
picker( const Action & act) : Action(act) {} +FWkhmTv
// all the operator overloaded Gv!*
Qk4
} ; r2T-= XWB
/
W}Za&]
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 b0CtQe
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: P{eL;^I
hY.zwotH
template < typename Right > |-hzvuSX
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const #KonVM(`
{ rlvo&(a
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); T6|zT}cb
} byYdX'd.
{@u;F2?
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > _-*Lj;^V
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 V=}b>Jo2j
9tVA.:FOZ
template < typename T > struct picker_maker `":ch9rK
{ VN[h0+n4Th
typedef picker < constant_t < T > > result; /!kKL$j
} ; ;wfzlUBC
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Nt^R~#8hF>
{ r[zxb0YA
typedef picker < T > result; &WIiw$@
} ; \k1psqw^O
J(0.eD91v
下面总的结构就有了: D5]sf>~
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。 Nw}y_Qf{
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。 !aD/I%X
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 lK%pxqx
至此链式操作完美实现。 TE4{W4I
J 21D/#v
XQhBnam%
七. 问题3 j(!M
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。 2B7X~t>8a
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