一. 什么是Lambda /CN^">|_
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 N8l(m5Kk,k
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, p,9eZUGy
E8Wgm
8
Ye_)~,{,p
aKC3T-
class filler m:~s6c6H
{ =jmn
public : =lG5Kc{B
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ef!V EtEOv
} ; S<LHNZu|^A
|&TRN1
Jj'~\j
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: d+fig{<b
&`63"^y
/5_!Y>W
E-irB/0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); vV|u+v{
:U<`iJwY
0BIH.ZV#
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 F/}PN1#T
sEL[d2oO
=2{ ^qvP
C;;dCsiV5
二. 战前分析 ?!-2G
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。 y)!K@
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 e2%Y8ZJG.
O- &>Dc
>9|/sH@W
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ,y?0Iwf
/* --------------------------------------------- */ (Y!@,rKd
vector < int *> vp( 10 ); f|_iHY
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); WrL&$dEJ?M
/* --------------------------------------------- */ nYMdYt04sl
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); xq.,7#3
/* --------------------------------------------- */ >e"CpbZ'
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 4S@^ym
/* --------------------------------------------- */ A3 bE3Fk$
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Ah28D!Gor
/* --------------------------------------------- */ Q5/".x^@
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); c ++tk4
}ruBbeQ
$GYcZN&
]7-*1kL8=~
看了之后,我们可以思考一些问题: =\?KC)F*e
1._1, _2是什么? N%:QaCZKw
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 &aaXw?/zr
2._1 = 1是在做什么? gz-}nCSi
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 a}+|2k_
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ZPY#<^WOzr
Qhsh{muw(
+hRAU@RA
三. 动工 Lt.a@\J'_
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: <MI>>$seiJ
@]t} bF]
7g cr$&+e
:03w k)
template < typename T > `\P#TBM
class assignment `[w:l[i
{ |#Bz&T
T value; 8/x@|rjW
public : S
v$%-x^t
assignment( const T & v) : value(v) {} Oj6 -
template < typename T2 > b'4{l[3~nl
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } g>A*kY
} ; B)O{+avu
X<m#:0iD
D|@*HX@_Xp
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 htj:Z:C`
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment r*fZS$e
HP^<2?K
D$+9`
(PE x<r1
class holder i<l_z&
{ p?2\9C4
public : 9`81br+~
template < typename T > k*d0ws#<l
assignment < T > operator = ( const T & t) const {M96jjiInf
{ t23uQR#>b_
return assignment < T > (t); 3,=97Si=
} 9q5jqFQ
} ; $n\{6Rwb
>
L_kSC?
,RjE?M%
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: f1s3pr??
:}'5'oVG
static holder _1;
f?vbIc`
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 4&%0%
3m%oXT
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ybNo`:8A;
而不用手动写一个函数对象。 P/i{_r
q@k/"ee*?
1T&NU
B'}h6ZH
四. 问题分析 =rz7 x
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 yp}J+/PX}
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 6S K;1Bp-{
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 #uTNf78X
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 4JQd/;
下面我们可以对这几个问题进行分析。 HiAj3
c8z6-6`i0
五. 问题1:一致性 5j'7V1:2
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 3.?G,%S5.$
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 |5il5UP
+4L]Z;k
struct holder 'q>2WP|UY9
{ D6+^Qmu"p
// YV%y
KD
template < typename T > (KG2X
T & operator ()( const T & r) const df\ ^uyD;
{ >EE}P|=-
return (T & )r; HxUJ 0Q
} \
-n&z;`
} ; |P_voht
C b4.N8
这样的话assignment也必须相应改动: {L'uuG\9U
79&=MTM
template < typename Left, typename Right > wjtFZGx&
class assignment F\u]X
{ u@]rR&h`
Left l; tJe5`L
Right r; ,
wXixf2
public : g)!d03Qoy
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} CwjKz*'[g
template < typename T2 > 953GmNZ7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } i/{dD"HwM
} ; v[~~q
>//yvkZ9,
同时,holder的operator=也需要改动: jXPf}{^
mX/'Fta
template < typename T > zK_Q^M`
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const LbkQuq/d
{ f_|pl^
return assignment < holder, T > ( * this , t); %y)]Q|
} y(<+=
~%eZQgqA*
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。 :W.pD:/=v
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 I*z|_}$
lLur.f
return l(rhs) = r; #.<Dq8u
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。 !_q=r[D\
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: QVF561Yz
P^aNAa
template < typename Tp > !k<k]^Z\
class constant_t ZU$QwI8
{ C%#w1k
const Tp t; 1@t8i?:h
public : 6W<Ig;
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} wwN kJ+
template < typename T > a|5<L
const Tp & operator ()( const T & r) const !q~f;&rg
{ PYwGGB-
return t; xyP0haE
} *V_b/Vt
} ; 6<%b}q9Mo
>]HvXEdNZ|
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ,V9r2QY
下面就可以修改holder的operator=了 R2==<"gq
&lo<sbd.
template < typename T > 8%`h:fE
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const e<{waJ1
{ -k
}LW4
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); vjVa),2
} _H@8qR
]|N"jr?7H
同时也要修改assignment的operator() B1j^qoC.5
)8taMC:H^
template < typename T2 > |2GrOM&S
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } FzOlM-)m
现在代码看起来就很一致了。 .]0:`Y,;
sDvy(5
六. 问题2:链式操作 V,
e
现在让我们来看看如何处理链式操作。 j=w`%nh4"f
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 @33-UP9o
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 xW'(]Z7_
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 n]%yf9,w
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 2<+9lk
}MV=t7x9+
template < typename T > w77"?kJ9X
struct result_1 ,xIWyI.
{ btU:=6
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 9@z"~H
} ; U*Pi%J
#3Jn_Y%P.
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 0Bhf(5
6\?<:Qto
template < typename T > L-(.v*
struct ref T=->~@5
{ b$'}IWNV
typedef T & reference; k-\RdX)E
} ; .TetN}w
template < typename T > giz#(61j^
struct ref < T &> <lwkjt=RV
{ v}\Nx[}
typedef T & reference; ,_2ZKO/k$
} ; QWV12t$v
cp>1b8l6?
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: X,h"%S<c#H
)R'~{;z }
template < typename T > m`Ver:{
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const =%V(n{7=
{ $Y5m"wySZ
return l(t) = r(t); y6nPs6kR
} ,P9q[
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。 wR= WS',
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 6vQCghI
na1*^S`[
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 $kef_*BQg
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: g",htYoEnj
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 /
`Glf|
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 B#T4m]E/
最后的布局是: %Z=%E!*
Add VgO:`bDF
/ \ i7/I8y
Divide 5 AsW!GdIN
/ \ $ RDwy)9
_1 3 MIJ^n(-G
似乎一切都解决了?不。 $kA'9Y
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 6RLYpQ$+
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。 r{T}pc>^
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: kgV_*0^
:q0TS>l
template < typename Right > 0//?,'.
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const [Grd?mc#
Right & rt) const As;@T$G
{ =-e`OHA
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ^"e|)4_5\
} 5HZ t5="+
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 }9GD'N?4
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 \Y0o~JD
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 0 xUw}T6
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 .BR2pf|R
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 M6 W{mek
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? 75+#)hNa!P
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: +M"Fv9
*t JgQ[
template < class Action > V kA$T8
class picker : public Action s^@?+<4:
{ 3:Mq40]x
public : Y%FQ]Q=+
picker( const Action & act) : Action(act) {} \<}4D\qz
// all the operator overloaded {hzU
} ; D+Ke)-/
'Olp2g8=
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。 3
?1qI'5
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: \pXs&}%1,F
6V"|
template < typename Right > F3XB};
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const "B~c/%#PH
{ QUPZe~G>L
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); PgeC\#;9
} G% |$3
H]6i1j
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Aj854 L(!
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。 `OL@@`'^{S
f4JmY1)@
template < typename T > struct picker_maker TY(B]Q_o
{ 0]3 ,0s $}
typedef picker < constant_t < T > > result; r\OunGUP
} ; U7)#9qS4
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > n9
LTrhLqp
{ [1-1^JY
typedef picker < T > result; 5s=ZA*(sY
} ; {t.5cX"[
*>lh2sslL
下面总的结构就有了: i++a^f
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。 DChqcdx~~
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。 JHxy_<p/
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 0rt@4"~~w
至此链式操作完美实现。 B6N/nCvHK
k<.$7Pl3U
+3a}~p W
七. 问题3 <G9HVMiP
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 {|KFgQ'\
03ol6y )C
template < typename T1, typename T2 > Dl
a }-A:
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const `D44I;e^1;
{ jL
}bGD
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); U$*AV<{%
} f9" M^i
wzXIEWJ
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: v r=va5
;6 ?a8t@
template < typename T1, typename T2 > JPH! .@
struct result_2 /|<Pn!}J
{ xRX2u_f$<
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Y X`BX$
} ; lOp7rW]$
K nl`[Nl
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? J!{t/_aw
这个差事就留给了holder自己。 >>cb0fH5
&$$o=Y g,
[P'"|TM[~
template < int Order > ]u]BxMs
class holder; L;7u0Yg
template <> w#XD4kwQG
class holder < 1 > i/C`]1R/
{ .+07 Ui]I!
public : 43VBx<"
template < typename T > |)+ s, LT5
struct result_1 HUA{
P%
{ ?XlPKY
typedef T & result; rD\)ndPv
} ; fN_qJm#:$y
template < typename T1, typename T2 > ]
6X;&=H
struct result_2 `f[
{ 'OACbYgG
typedef T1 & result; /E39Z*
} ; W ZT) LYA
template < typename T > z/I\hC9i
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 2il`'X
{ +a'LdEp
return (T & )r; Ud_7>P$a
} )n&6= Li
template < typename T1, typename T2 > {>3J 96
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const '8yC wk
{ \8Hs[H!
return (T1 & )r1; 0clq}
} q$;j1X^
} ; q'Nafa&a)
#z1/VZ
template <> :I{9k~
class holder < 2 > j"A<