一. 什么是Lambda t/Z:)4Z
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 E4D (,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, ~SjZk|
Ra3ukYG[
,}C8;/V
}4nT.!5
class filler C2<CWPn<
{ a}d6o;li
public : fMeZ]rb
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} M;Wha;%E"
} ; )~rB}>^Z
i_F$&?)
QfQ\a%cc
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: }t>q9bZ9z
y1BgK>R
|*,jU;NI
Gqyue7;0,
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ~E=\t9r
kA7(CqUW
]=D5p_A(
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 {6x PdUhw
m&R"2t_Z
s6=YV0w(
LQ-6vrbs
二. 战前分析 j1$<] f
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。 WA
LGIW
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 =V|Nn0E
?z"KnR+?Q
`<j_[(5yb
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1.R
kIB
/* --------------------------------------------- */ X^< >6|)
vector < int *> vp( 10 ); gvnj&h.GV
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); djT.
1(
/* --------------------------------------------- */ LW39YMw<
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); LxT rG)4
/* --------------------------------------------- */ [BBpQN.^q6
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); (3md:r<-
/* --------------------------------------------- */ P 4;{jG
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); &.*uc|{
/* --------------------------------------------- */ B50 [O!
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); (BERY
o@dy:AR
5a(<%Q
<"
CtT~0Y|
看了之后,我们可以思考一些问题: _2jw,WKr
1._1, _2是什么? z };ZxN
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。 >;i\v7
2._1 = 1是在做什么? Qg0vG]
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。 '@:[axu
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。 {rPk3
d.pp3D9/
DzPs!(5[I
三. 动工 A/Khk2-:
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: wO"GtVd
=w<VT%
fW~*6ln
*?8RXer
template < typename T > )&.!3y 660
class assignment abZdGnc
{ (5;D7zdA
T value; w3#`1T`N
public : V:\]cGA{
assignment( const T & v) : value(v) {} U1Yo7nVf
template < typename T2 > 0yHjrxc$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 'XTs
-=
} ; h#{T}[
f[qPG&
ypA: P
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 8U^D(jrz
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment IT1PPm
b~W)S/wF$P
8^w/HCC8O
Lht[g9
class holder Tiprdvm<
{ /{DaPqRa
public : )C}KR`"
template < typename T > ~JE|f 7
assignment < T > operator = ( const T & t) const 79z)C35~
{ b5Q8pWZg,
return assignment < T > (t); +Pw,Nl\KD
} hNO)~rt
} ; pAg$oe#
#` +]{4hR
bm}+}CJ@#0
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: H'h#wV`(
Q>IH``1*e
static holder _1; NV#')+Ba
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <9\,QR)
01nsdZ-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); -]QguZE
而不用手动写一个函数对象。 C<t RU5|
,xj3w#`zaf
(zmNa}-
{{E jMBg{
四. 问题分析 M;qb7Mu
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^Ic`FhS
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。 WFj*nS^~l
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 .\)k+ R
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 S*rO0s:
下面我们可以对这几个问题进行分析。
0dh#/
y.fs,!|%@
五. 问题1:一致性 &gWiu9WbS
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?| C.HYS S
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ^5>du~d
/u?9S/
struct holder WQ.i$ID/
{ ^vn\4
// 3d@ef|
template < typename T > QmHwn)Ly
T & operator ()( const T & r) const *pK lA&_
{ +l.|kkZ?
return (T & )r; $vqU|]J`
} k)i"tpw
} ; YJc%h@ _=]
R|H[lbw
这样的话assignment也必须相应改动: oc((Yo+B
blmmm(|~|
template < typename Left, typename Right > u&tFb]1@)
class assignment >"bnpYSe
{ -HN%B?}. x
Left l; K@*rVor{
Right r; E\_W
public : EFwL.'Fh
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} RZe#|k+
8
template < typename T2 > 'X|v+?
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } mHHzCKE ,
} ; Fj,(_^
_l<|1nH
同时,holder的operator=也需要改动: QS5H>5M)
.P8-~?&M
template < typename T > mw ?{LT
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const D-~G|8g
{ -$OD }5ku#
return assignment < holder, T > ( * this , t); 6QW<RXom
} ,b:n1
TMNfJz
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。 bSY;[{Kl
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。
*[VEF
PK_Fx';ke^
return l(rhs) = r; K`~BL=KI
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。 jjX'_E
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Pf{`/UlD
u\:rY)V
template < typename Tp > @c0n2 Xcr
class constant_t (lieiye^
{ mZ~mf->%
const Tp t; 6hLNJ
public : )>?! xx_`
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} -`Da`ml
template < typename T > A"0wvk)UcY
const Tp & operator ()( const T & r) const J
&{qppN
{ _IC,9bbg
return t; ot]>}[
} x3gwG)Sf
} ; \ibCR~W4
32s5-.{c/f
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ZU)BJ!L,s
下面就可以修改holder的operator=了 v3?kFd7%H~
xnT3^ #-h
template < typename T > " \`BPN
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const W0C{~|e
{ o*-h%Z.
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); N4A&"1d&
} (rAiDRQ[
)\D2\1e(c
同时也要修改assignment的operator() uXjoGcW
1 pa*T!
template < typename T2 > 1!X1wCT
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Z@;jIH4 (
现在代码看起来就很一致了。 \>4v?\8o
*Ao2j;
六. 问题2:链式操作 /tG 5!l
现在让我们来看看如何处理链式操作。 B%TXw#|
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。 P8"6"}B;T
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。 qbEKp HnB
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。 /3OC7!~;fM
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 7WgIhQ~
n?zbUA#
template < typename T > $Z,i|K;
struct result_1 3fm;r5
{ x(rd$oZO
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; aB=vu=hF
} ; U)u\1AV5
a#YuKh?
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: ;I[ht
Sjw2 j#Q
template < typename T > 1RCXc>}/
struct ref lr-12-D%-
{ 2T//%ys=
typedef T & reference; AQB1gzE
} ; @>M8Pe
template < typename T > &/sGh0
struct ref < T &> oK#\HD4U
{ LKIW*M
typedef T & reference; DLNa6
} ; olYPlHF
;RNM
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: caGML|DeI
#.<*; rB
template < typename T >
o G(0i
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const <sgZ3*,A
{ 5dg-d\6S
return l(t) = r(t); UN-T^
} B jH ~Ml2
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。 =Dh$yC-Zr
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 oP+kAV#]
BO?mQu~
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 X!,#'&p&
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: x1 .3W j
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 nw~/~eM5=
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ;%BhhmR)[
最后的布局是: ~!8%_J _
Add n^* >a
/ \ b ^uP^](J
Divide 5 >r;ABz/
/ \ R#"U/8b>z
_1 3 %T`4!:vy
似乎一切都解决了?不。 q:TZ=bs^
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 fn1 ?Qp|
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。
H;b8I
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: tn"Y9
k|
ATKYjhc _
template < typename Right > ^zvA?'s
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const JN{<oxI
Right & rt) const :hC
{5!|
{ jHs<s`#h
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 3C>2x(]M
} HF*j`}
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 B`g<Ge~
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 Q
mb[ e>
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 Rf)'HT
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 S1D9AcK
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 % MfGVx}nG
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? 1bV 2
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: T
[T 6
@J~lV\
template < class Action > k)N2 +/
class picker : public Action <bEN8b
{ S
23S.]r
public : X)`(nj
picker( const Action & act) : Action(act) {} xDPQG`6
// all the operator overloaded wm); aWP
} ; s,eld@
1$:{{%
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。 =?meO0]y
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: j#*asGdp#J
9F2P(aS
template < typename Right > }u(d'9u
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const PWf{aHsr
{ 2x)0?N[$O
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ,H.(\p_N
} >$7wA9YhL
-D!#W%y8
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > J>HLQP
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 Ck ~V5
t]
n(5!L(
template < typename T > struct picker_maker Y0/jH2 n
{ o~i]W.SI(
typedef picker < constant_t < T > > result; 8gVxiFjo
} ; 5?V?
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > tx:rj6-z
{ jw:4fb
typedef picker < T > result; h]J&A
} ; #,f}lV,&
D%c7JK
下面总的结构就有了: w?V[[$
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。 p/\$P=
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。 JLy)}8I
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 w5dIk]T
至此链式操作完美实现。 d8Q_6(Ar|
c8k6(#\
&+E'1h10
七. 问题3 K#9(|2J%
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。 xG *lV|<7>
~pd1)
template < typename T1, typename T2 > bR>o!(M'Z\
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Vu|Br
{ -V;0_Nx7p
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); )8 "EI-/.
} 68&6J's;
Pe+ 8~0o=R
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: !1a|5
xrn
b'Fx),
template < typename T1, typename T2 > (ybtXoQs
struct result_2 br34Eh
{ 2FZ0c/[&
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Sy+]SeF&
} ; Uy$U8b-ov
Y{Y;EY4
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? ps!5HZ2:
这个差事就留给了holder自己。 U:mq7Rd8
PBxK>a
Q.pEUDq/
template < int Order > b*'=W"%\
class holder; Ckl7rpY+
template <> 0@sr
NuW
class holder < 1 > V7B=+(xK
{ fG8}= xH_&
public : 9Sx<tj_4P{
template < typename T > WTV3p,;6a
struct result_1 c-s`>m
{ 4! Oa4
typedef T & result; 1c<CEq:?e%
} ; 66^1&D"
template < typename T1, typename T2 > c:h.J4mv
struct result_2 Ac5o K
{ O?j98H
Sya
typedef T1 & result; CfkNy[}=
} ; eB<V%,%N#
template < typename T > Q
!RVD*(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const !
kOl$!X4
{ (l3UNP
return (T & )r; n3l"L|W^(<
} I9:G9
template < typename T1, typename T2 > >?G|Yz*kEJ
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const F653[[eQ
{ N#pl mPrZ
return (T1 & )r1; we:5gK&
} ? !oVf>
} ; /+<%,c$n
8}"f|6Wm
template <> fncwe ';?
class holder < 2 > FfD
,cDs
{ qSpa4W[
public : +c]N]?k&
template < typename T > 9?g]qy,1)
struct result_1 r7Q:l ?F2
{ -_{C+Y_
typedef T & result; |z(Ws
} ; |oBdryi
template < typename T1, typename T2 > a!0?L0_W&
struct result_2 7/D9n9F
{ siss_1J
typedef T2 & result; I7q?V1fu4
} ; k[r./xEv+t
template < typename T > !dbA (
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ^EuyvftZ
{ os(Jr!p_=
return (T & )r; w}U5dM`
} (AM,4)lW,
template < typename T1, typename T2 > .kB3jfw0,
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const +9Hk+.
{ =|6^)lt$
return (T2 & )r2; Z+``/Q]>+
} l|ZzG4]+l
} ; 9?}rpA`P
0>~6Z
_V7^sk!
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 5&