一. 什么是Lambda .|Bmg6g*
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 /{7we$+,p
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, ja|XFs~
/@~&zx&_
y+D"LeCAad
3V2w1CERE
class filler j"Vb8}
{ 9CW8l0
public : j9IeqlL
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} b/Q\
.!
} ; WKB@9Vfju
/naGn@m5u
7IV:X
_y
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: y9'F D5\s
Q`4]\)Dp
c-, 6k
KJLK]lf}d
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ko<iG]Dv'
t1h2ibO
zMI0W&P M
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ( O>oN~
OJH:k~]0!
6"UL+$k
dS[="Set
二. 战前分析 H@R2mw
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 fpK`
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 =P"Sm
r
Z" !+p{u
68v59)0U
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); c6NCy s
/* --------------------------------------------- */ J@I-tS
vector < int *> vp( 10 ); mK2M1r
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); w}jH,Ew
/* --------------------------------------------- */ H%\\-Z$#
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); I$7TnMug
/* --------------------------------------------- */ 8*V8B=q}K
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); uVBMI.&w
/* --------------------------------------------- */ ->S6S_H/+&
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); EjYCOb-
/* --------------------------------------------- */ M+N7JpR
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); koizk&)
W%k0_Y/5
P=jbr"5Q:
U2(|/M+
看了之后,我们可以思考一些问题: ZdJer6:Z}
1._1, _2是什么? ?-e'gC
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。 b@&ydgmaQ
2._1 = 1是在做什么? 43?J~}<Vs
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。 +J~q:b.
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。 XS'0fq a
D(]])4
N>A*N,+
三. 动工 #(`@D7S"
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: h""a#n)q}`
@e/40l|X
t/baze;V
m ) 2t<
template < typename T > x_3Zd
class assignment $]05?JY#
{ e!5nz_J1}
T value; FrNW@
public : y&.[Nt '+
assignment( const T & v) : value(v) {} zDk^^'
template < typename T2 > v$`AN4)}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } y/}>)o4Q
} ; ]o(&J7Z6-
AwKxt'()^
t*? CD.S
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 82X}@5o2
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Q.Kr;64G
srN>pO8u~
#6tb{ws3
ly d[GfJ
class holder ;5P>R[p
{ fQ&:1ec
public : 3}H"(5dL}z
template < typename T > FJN,er~T[
assignment < T > operator = ( const T & t) const !0g+}
{ 9K8f
##3
return assignment < T > (t); I!)gXtJA"
} hr<E%J1k%
} ; \kpk-[W*x{
'xdM>y#S
:95wHmk
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: %rQ5 <U
PUUBn"U-
static holder _1; .bOueB-
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 dJ#.
m
ua['rOnU
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); dQ8}mH!
而不用手动写一个函数对象。 {. N" 6P
#lax0IYY=
#zcp!WE.OI
<%JRZYZ
四. 问题分析 gev7eGH<
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。 yT42u|xZA
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。 W
9Z.X!h
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 VZ*Q|
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 E5lC'@D cz
下面我们可以对这几个问题进行分析。 #;RP ?s
C61KY7iyR
五. 问题1:一致性 '"5"$)7
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| [FKmZzEy
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 tIb?23K0
XHO}(!l\
struct holder _9Kdcoh
{ hnM|=[wM
// O\L(I079
template < typename T > <ZJ>jZV0*
T & operator ()( const T & r) const i&^?p|eKa
{ G:.Nq,513
return (T & )r; kNW&rg
} t%Z_*mIfmE
} ; ??rx\*,C</
,z)7rU`
这样的话assignment也必须相应改动: @T1/S&F=
i\B>J?Q\
template < typename Left, typename Right > 0+O)~>v
class assignment J-fU,*Bk
{ c7IgndVAV
Left l; jow^~
Right r; \PzC:H
public : !&C8y
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} oJ`ih&Q8
template < typename T2 > `"m"qUd
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } gv;=Yhw.c
} ; ?x@B Ze
~?aq=T
同时,holder的operator=也需要改动: M~7?m/Wj
3Fh<%<=
template < typename T > 5.xvOi|.
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const <27B*C M
{ h^$>{0"
return assignment < holder, T > ( * this , t); dH!k{3bL
} @6i^wC
VVJhQ bP
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。 C9Fc(Y?_
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 "Q+'lA[}
2s
EdN$O
return l(rhs) = r; Xt'R@"H<V9
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 L]#J?lE&
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Ydmz!CEu
oC U8;z
template < typename Tp > gsc*![N
class constant_t /w!b2KwV
{
nP?(9;3*
const Tp t; p7 !q#o
public : P-No;/!B#
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} tF&%7(EU3
template < typename T > uGJeQ
const Tp & operator ()( const T & r) const \XMl8G
{ Lq
LciD
return t; +:It1`A~]
} itD1r?O{pV
} ; 2=!/)hw}
n=t%,[Op
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 *NDLGdQqz
下面就可以修改holder的operator=了 v{=-#9-4
&
Q%QpG)E
template < typename T > X!,Ngmw.
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const -H.;73Kb[
{ #>~$`Sg
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); h&yaug,.
} Y*f7& '[
>K-O2dry*
同时也要修改assignment的operator() [ne4lWaE<y
-.g5|B
template < typename T2 > d2.eDEOsC
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } f]5bAs
现在代码看起来就很一致了。 ET_}x7
>g93Bj*
六. 问题2:链式操作 )J (ekfM
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Aid{PGDk
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。 ,i*^fpF`F"
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。 0,m*W?^31
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。 yQ+#Tlji
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct m98k/w_
EE&~D~yHUL
template < typename T > yYdXAenQ
struct result_1 fgl"ox
{ YQ37P?u@
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Rl3KE)<
} ; V%ykHo
LAf!y"A#
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: 9S6vU7W
Fw"~f5O
template < typename T > s/sH",
struct ref LC[,K
{ M?$-u
typedef T & reference; \|j`jsq
} ; a+weBF#Z
template < typename T > PU?kQZU~)
struct ref < T &> kHz3_B9[
{ iyH<!>a
typedef T & reference; rIge6A>I
} ; *i%!j/QDAP
do=VPqy
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: NZeI qhj
}(M<sEK~
template < typename T > ^5,ASU
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const o{UwUMw5`
{ 3O#7OL68v
return l(t) = r(t); [mWo&Ph[-
} tMyD^jVC
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 M_79\Gz"
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 =nid #<X
%Si3t2W/
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 zG&
N5t96X
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: KM0#M'dXy
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 HNU[W8mg8
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 c}v:X
Slh7
最后的布局是: S8"X7\d{
Add b55|JWfC`
/ \ 6Mk@,\1
Divide 5 `$@1NL7>
/ \ /~
V"v"7E
_1 3 rKJ%/7m
似乎一切都解决了?不。 Uut,cQ". d
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。 v S%+
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。 e@8I%%V,
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: RE"}+D
gscsB4<
template < typename Right > ZklidHL');
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const T_Y 6AII
Right & rt) const 9sE>K)
{ 7*`ldao~
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); O=mGL
} UBC[5E$
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 dc?Yk3(Y
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。 wEDU*}~
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。 -h.YQC`
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。 B0R[f
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。 WUa-hm2:
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? Brpin
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: AQ0L9?
&S|laqH
template < class Action > JHO9d:{-
class picker : public Action 2d3wQ)2
{ SxH}/I|W
public : ,#WXAAmm
picker( const Action & act) : Action(act) {} rSEJ2%iF*
// all the operator overloaded jH:*x$@
=
} ; 6 #{=
E@
gWWy!H
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 z6{0\#'K
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: v"$; aJ
&kO4^ A
template < typename Right > Xq)'p8C?
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const xc*ys-Nv
{ s#qq%
@
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); :'!?dszS
} cL1cBWd
7<