一. 什么是Lambda ,NvXpN
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 hkyO_ns
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, }JWkV1
/D1Lh_,2
xkw=os
6-uLK'E
class filler ?G,gPb
{ =E>P,"D
public : 'e*w8h
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} q*4U2_^.
} ; s*_fRf:
<YtjE!2
52 Qr
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: )`(]jx!
cC>Svf[CzK
e8T"d%f?
qrp@
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); gC7P o
,~&HL7v
UgK
c2~
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 2IE\O8b
YvcV801Go
4xq|
\y:48zd
二. 战前分析 "oNl!<ep
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。 UKZ)Boo
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 z6l'v~\
8PH4v\tJEK
mNacLkh[
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 0ug&HEl_w
/* --------------------------------------------- */ gpf0-g-X
vector < int *> vp( 10 ); ;3wO1'=
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); cV0CI&
/* --------------------------------------------- */ 4oH ,_sr
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); :{ZwzJ
/* --------------------------------------------- */ Q!qD3<?5
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); *Cf!p\7!
/* --------------------------------------------- */ T@i*
F M
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); d23=WNn
/* --------------------------------------------- */ z'$1$~I
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); rD4umWi
"f_qG2A{
K)wWqC.
TEY~E*=}$
看了之后,我们可以思考一些问题: X ?[ )e
1._1, _2是什么? CYQ)'v
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。 G%: 3.:E"
2._1 = 1是在做什么? kyvl>I0q@
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。 |%F,n2
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。 A"&<$5Q
CxjB9#
MjQju@
三. 动工 \.O&-oi
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Wh| T3&
/z4c>)fV
Y8]@y0(
2vLun
template < typename T > 72"H#dy%U
class assignment ;h+~xxu=X
{ [RN]?,
T value; 5|*`} ;/y
public : Gj-nTN
assignment( const T & v) : value(v) {} e%L[bGW'
template < typename T2 > ;*<R~HJt
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } uOeal^uS
} ; p> >H$t
tkcs6uy
oC49c~`8
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 jF0"AA
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment RPgz"-
>8kXa.)84
@WS77d~S
86 e13MF
class holder ;J TY#)Bh
{ >~rlnRX
public : ERIMz,
template < typename T > th[v"qD9G
assignment < T > operator = ( const T & t) const ty.$H24
{ k:run2K
return assignment < T > (t); ;z.niX .fx
} mu@ J$\
} ; O_a^|ln&
{FI*oO1A~
@QVg5
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: S\N1qux{
4xmJQ>/
static holder _1; J|f29B-c
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 o>,r<
> B@ c74
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); >bze0`}Z
而不用手动写一个函数对象。 0t^FM<7G
dGBjV #bNT
<JWU@A-.y
rY45.,qWs
四. 问题分析 mLZ1u\7W
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。 G@`F{l
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。 X\P%C
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 -i2rcH
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 b|Emu!9U
下面我们可以对这几个问题进行分析。 . waw=C
'Tjvq%ks
五. 问题1:一致性 Ld}?da Pj
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?| Fb]+h)on
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 !P=Cv=
!9_(y~g{N
struct holder ftxL-7y%
{ 4-x<^
ev=
// b/:wpy+9Z
template < typename T > b~,e(D9DG
T & operator ()( const T & r) const 2@6@|jRG
{ `_OrBu[
return (T & )r; 8A3/@Z;0S
} #\lvzMjCC
} ; F5
]<=i
ylZQwICk
这样的话assignment也必须相应改动: >pfeP"[(3
J@I>m N1\
template < typename Left, typename Right > F&czD;F
class assignment :IS?si5|
{ p lnH
Left l; +mVAmG@
Right r; }OAU5P!rp
public : ]E<Z5G1HD
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} T\}U{9ELL
template < typename T2 > O68-G
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } JpfA+r
} ; F*PhV|XU
B-C$>H^
同时,holder的operator=也需要改动: `-pwP
baII!ks
template < typename T > hYkkr&
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const )C8^'*!
{ w g?}c ;
return assignment < holder, T > ( * this , t); cr!W5+r
} Jh
E C
iX+8!>Q
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 R<&Euph
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 +ausm!~6
I
</P_:4G
return l(rhs) = r; fI)XV7,X
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。
]LC4rS
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: hI86WP9*
F0U %m
template < typename Tp > }MRgNr'k
class constant_t 1z6aMd6.
{ OX;(Mg|
const Tp t; .pUB.l$)
public : rc8HZ
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} @ar%`+_
template < typename T > \
=hg^j
const Tp & operator ()( const T & r) const >+dSPI
{ et
1HbX
return t; 7@;*e=v
} 3k)xzv%r`
} ; m|
,Tk:xH
zas&gsl-;
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 jum"T\
下面就可以修改holder的operator=了 OCx'cSs-=
]XEyG7D
template < typename T > ; CCg]hX
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const y]jx-wc3O
{ L[2qCxB'^
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); z[c8W@OJ
} CqnHh@]nu
{zcG%b WJ
同时也要修改assignment的operator() PuP"(
M
`nyz,
template < typename T2 > uQO5GDuK>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } m0bxVV^DK!
现在代码看起来就很一致了。 r*`e%`HU
9!n:hhJM
六. 问题2:链式操作 l7VO8p]y[R
现在让我们来看看如何处理链式操作。 \|Af26
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。 .z,-ThTH@\
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。 ElW\;C: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。 MeBTc&S<
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Z2]0brV
mKe6rEUs|
template < typename T > =T[P
struct result_1 daKZ*B|
{ mw 5>[
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; W]D YfR,
} ; %>*?uO`z[
UJ}}H}{
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: R@3HlGuRKw
Y5GN7.
template < typename T > @o0HDS
struct ref XE2Un1i}j1
{ 0cHcBxdF
typedef T & reference; Eg`~mE+a
} ; M$EF 8
template < typename T > UmVn: a
struct ref < T &> <9pI~\@w
{ IE \RP!
typedef T & reference; @H?OHpJ"`
} ; K` N$nOw
bW
W!,-|R
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: LOkgeJuWv
i\IpS@/{-v
template < typename T > ~},H+A!?
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 7-B|B{]
{ 0e8
return l(t) = r(t); epnZGz,A
} mHMsK}=~
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。 ^N<aHFF
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 HMUx/M.j
Vl1.]'p_
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 VzSkqWF/"
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: i`@cVYsL
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 k$%{w\?Jf
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 U[pHT _U
最后的布局是: 2*D2jw
Add F4\:9ws
/ \ ']2Vf]dB
Divide 5 Bdh*[S\u@E
/ \ -4QZ/ *
_1 3 LkJq Bg
似乎一切都解决了?不。 3/vtx9D
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 \/1~5mQ+
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 2tK~]0x
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: l^R:W#*+U
&;ddnxFI
template < typename Right > zKP[]S-
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 'n7|fjX?Y
Right & rt) const BPkMw'a:
{ s&ox%L4
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); s>G6/TTH6
} 65 zwi-
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ^iEf"r
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 dwB#k$VIOw
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。 "#wAGlH6>
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。 ',hoe
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。 ?3N/#
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? wrJQkven-
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: Q3ZGN1aX<
:gRrM)n
template < class Action > 2f:h z
class picker : public Action D?E
VzG
{ jF6Q:`k
public : AT
t.}-
picker( const Action & act) : Action(act) {} 1R-0b{w[
// all the operator overloaded 1W*Qc_5 v1
} ; ]Yt3@ug_f
wOL%otEf
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。 53uptQ{
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: T|\sN*}\8J
z]g#2xD2
template < typename Right > Jy:@&c
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const n2*Ua/J-8
{ ,Z|O y|+'
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); '(r?($s
} fQ~~%#z1
5%(
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > fX9b1x
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 f|~'(~Sr
=X'EDw
template < typename T > struct picker_maker `ci
P
{ Onqapm0
typedef picker < constant_t < T > > result; hlyh8=Z6o
} ; LGy62 y$
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 0e>?!Z
E
{ TH4f"h+B3"
typedef picker < T > result; B_Wig2xH0
} ; ';.TQ_I7Y
hK4ww"-
下面总的结构就有了: Y]R=z*i%
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。 EO'+r[Y
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。 ,FYA*}[
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 Q +hOW-
至此链式操作完美实现。 br0\O
gz'{l[
xz@*V>QT
七. 问题3 )+G0m,n
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。 K&._fG
.))k
template < typename T1, typename T2 > M97+YMY)
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const uR")@Tc
{ sfG9R"
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); LU*mR{B
} :zC=JvKT
MeV4s%*O+
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: i{:?Iw 'ay
^38kxwh
template < typename T1, typename T2 > 9&kY>M>z0
struct result_2 :1'1n
{ x2~fc
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; r_ 9"^Er
} ; 'lC=k7@x
(
K-7z
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? Z^F>sUMR
这个差事就留给了holder自己。 tm34Z''.>
mFpj@=^_G
y54RD/`-
template < int Order > oMn'{+(w
class holder; 8f?o?c|
template <> ~Gg19x.#uW
class holder < 1 > `h'Ab63
{ %,N-M]Jf
public : "}uu-5]3
template < typename T > z,qNuv"W
struct result_1 -K^(L#G
{ muK)Yw[#N
typedef T & result; UWCm:eRQ
} ; *}r6V"pH~
template < typename T1, typename T2 > -uAGG?ZER
struct result_2 M+=q"#&
{ dg N#"
typedef T1 & result; cw
BiT
} ; }&ew}'*9)
template < typename T > qqYQ/4Ajw
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const dZ,7q_r,~
{ }sZy |dd
return (T & )r; bnp:J|(ld
} C`oB [
template < typename T1, typename T2 > ;%n(ARZ#
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const $H,9GIivD
{ [eF|2:
return (T1 & )r1; Y% [H:
} &6Wim<*
} ; jN+2+P%OL
up3mum
template <> D1fUEHB}A8
class holder < 2 > )A;jBfr
{ o5z&sRZ
public : v<} $d.&*
template < typename T > &M\qVL%w
struct result_1 Wu?[1L:x
{ wzI*QXV2s
typedef T & result; d D^?%,a
} ; K8iQ?
template < typename T1, typename T2 > d/?0xL W
struct result_2 K!88 Nox(
{ WdrMp
typedef T2 & result; B8-Y)u1G
} ; MIv,$
template < typename T >
2IDn4<`
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 6`'K M/
{ kdm@1x
return (T & )r; ,+g0#8?p^x
} #4sSt-s&
template < typename T1, typename T2 > ^[ >
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 0?g&