一. 什么是Lambda 1z})mfsh
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 O+G~Qp0b>
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, ,+ns
{ppn
%_B:EMPd
, @%C8Z
-H1"OJ2aF
class filler &YT_#M
{ ?ID* /u|X
public : N?qIpv/a.
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} .sd B3x
} ; j+_S$T8w
\6`v.B&v
xa87xX=a
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: [;(]Jy
-W|*fKN`3
gB(9vhj$
Ey r5jXt%;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); -Bo86t)F
*'Z-OY<V
wrH7 pd
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 jZXVsd
-M"IVyy@
t{_!Z(Rt5)
"DVt3E
二. 战前分析 25x cD1*
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。 wn
&$C0
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 HA$Y1}
r#LnDseW
y._'K+nl
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); sW;7m[o
/* --------------------------------------------- */ rs[?v*R74
vector < int *> vp( 10 ); @4;HC=~
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); _FL<egK
/* --------------------------------------------- */ Q/9a,85
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ^g9}f
/* --------------------------------------------- */ /VRUz++K
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 3H1Pp*PH
/* --------------------------------------------- */ .|T2\M
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ? ouV
/* --------------------------------------------- */ 'eqiYY|
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); i4 hJE
n4^*h4J7
/wr6\53J
QZ?d2PC=>?
看了之后,我们可以思考一些问题: S*4f%!
1._1, _2是什么? <e'P%tG'
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。 fk+1# 7{
2._1 = 1是在做什么? s>T`l
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。 1+R:3(AC
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。 Gu2_dT
Y;8
>=0ye
V?=TVI*k
三. 动工 aw1P5aPmX
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类:
ir]Mn.(Y
<# >Oy&E
"cwR^DoD&
?p(kh^ z
template < typename T > =KV@&Y^x4
class assignment ?~!tM}X0:3
{ u0xQ;BQ
T value; *]5z^>
q;7
public : *%3oyWwCd
assignment( const T & v) : value(v) {} ,NDh@VYe
template < typename T2 > !;i*\
a
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 5!~!j
"q
} ; S0F@#mSQ?
fVYiwE=F
LaDY`u0G%
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 9J?W '8s5
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment PCtkjd
3:UA<&=s
NW)M?f+6
rw&y,%2
class holder }f0u5:;Zth
{ VQ2Fnb4
public : ~]4kkm7Y
template < typename T > =Ci13< KQ
assignment < T > operator = ( const T & t) const K<#-"Xe;
{ 3)y{n%3L
return assignment < T > (t); Lj iI+NJ
} .?f:Nb.O
} ; Ee8--
}S,-uggz
#'C/Gya
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: ~^x-ym5
)U'yUUi
static holder _1; n? ]f@O R
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 !Vb,zQ
C,.-Q"juH
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); HM):"
而不用手动写一个函数对象。 y<|)'(
h`lmC]X_
lcCJ?!lsSW
6%%PP8.F
四. 问题分析 2% %|fU9
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+j
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。 u%xDsTDP
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 U%q:^S%#eG
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 iOll WkF
下面我们可以对这几个问题进行分析。 [%jxf\9jJ_
FOSbe]
五. 问题1:一致性 )
oxIzF
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?| QNb>rLj52
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 dhW<p5
!_dR'
struct holder (`pNXQ0n
{ Ra0=q4vdk
// @89I#t6A.
template < typename T > !y%+GwoW
T & operator ()( const T & r) const :c=v}
{ kxh 5}eB
return (T & )r; 7 W{~f?Sh
} #d% vT!Bz~
} ; g?V&mu
Y9tV%
这样的话assignment也必须相应改动: XCm\z9F
=-qf ;5[|
template < typename Left, typename Right > q`[K3p
class assignment {y b D
{ q3)wr%!k5D
Left l; ]H+{eJB7O
Right r; jN6b*-2
public : y
AOg\+
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} "5}%"-#
template < typename T2 > +2Ql~w@$^l
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } waCboK'
} ; ]`d2_mu
f^?uY8<
同时,holder的operator=也需要改动: ;E#\
(z2Z)_6L*L
template < typename T > `NSy"6{Z
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const %[ /<+
{ f>z`i\1oO
return assignment < holder, T > ( * this , t); 5oJ Dux }
} .LObOR5J7
h@@d{{IqT
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 *NlpotW,f
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 &6/%kkv
3 Z1OX]R
return l(rhs) = r; W' ep6O
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 J$QBI&D
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: LN^UC$[tk
{zP#woz2Q
template < typename Tp > 0[)VO[
class constant_t 'gDe3@ci!
{ DbtF~`3, .
const Tp t; .*!#98pT
public : 9afh[3qm
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Me/\z^pF
template < typename T > Us-A+)r*!
const Tp & operator ()( const T & r) const Q]rqD83((
{ ,H39V+Y*
return t; [(|v`qMv/g
}
rN"Xz
} ; P'tMu6+)
*d>vR1
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 eh<rRx"[
下面就可以修改holder的operator=了 ZPyM>XK$4
=VSkl;(O
template < typename T > O R
#7"
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const V7C1FV2
{ :6lwO%=F
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); yU7I;]YP
} sx5r(0Z
Jq
.L:>x
同时也要修改assignment的operator() 5+K;_)
=IHje;s
template < typename T2 > L2fVLKH
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } qS.)UaA
现在代码看起来就很一致了。 Tn A?u (R%
xo Gb
六. 问题2:链式操作 yN\e{;z`
现在让我们来看看如何处理链式操作。 :wipE]~4t
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 V"#Jk!k9k
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 ,w2WS\`%
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 b/<mRQ{
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct [AR>?6G-
K\&o2lo]
template < typename T > r5 yO5W
struct result_1 Oq+E6"<y;?
{ B1$ikY
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; vv.PF~:
} ; hCC}d0gf`n
=yqHC<8:
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: ;S JF%@x
vT7g<
template < typename T > _]|Qec)
struct ref <9ifPSvJ
{ B4yh3cf
typedef T & reference; =g~j=v,e
} ; UFEN y."P
template < typename T > kdcQw7G
struct ref < T &> zOGR+Gq_Z
{ m^I,}1H4
typedef T & reference; S LGW:
} ; ?`AGF%zp
Wx]d $_
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: <>=mCZ2
6I |A-h
template < typename T > J%Mnjk^_\S
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 'RTtE
{ QCpM|,drS
return l(t) = r(t); ;h~er6&
} V1<`%=%_W
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 (C S8(C4[
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 OM:v`<T!z
3nFt1E
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 EJm4xkYLj1
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: E4HU 'y~
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 &q>zR6jne
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 |LmSWy*7
最后的布局是: p=gX!4,9<
Add S "
pI
/ \ kuKa8c
Divide 5 -BhTkoN)
/ \ s@!$='|
_1 3 z%:1)
似乎一切都解决了?不。 uLV BM]Qj
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。 ;>ozEh#8w
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。 s".HEP~]=
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: ,W*H6fw+
1 Z[f
{T)
template < typename Right > kMxjS^fr
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Gvx[8I
Right & rt) const ^Mytp> 7
{ FtIa*j^G
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); p2d\ZgWD=)
} ZK!A#Jm{
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 4%_M27bu[
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。 7SS07$B
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。 YD&_^3-XM
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。 KQmZ#W%2m
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。 N 8t=@~]
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? keCRvl Z4
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: /fwgqFVk
{exrwnIZj
template < class Action > *<