一. 什么是Lambda xJ%b<y{@
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 <"CG%RGP
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, |U$oS2U\m
(XT^<#Ga
+YhTb
g<KBsz!{
class filler +S|y)W8
{ E](Ood
public : w0moC9#$?
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 1h]Dc(Oc#=
} ; "xS",6Sy
wamqeb{u
LtH;#Q
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: Yk<?HNf
&e_M \D
p%J,af
V|xR`Q
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 0_qqBL.4
=5^L_, 4c2
a+zE`uY
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 K*;=^PY
X"8Jk4y
E'Egc4Z2=l
x1+8f2[
二. 战前分析 H*yX
Iq:
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。 PWL Mux
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 >F,~ QHcz
v"_hWJ)
(sO;etW
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); YG?W8)T
/* --------------------------------------------- */ <+sv7"a
vector < int *> vp( 10 ); #(bMZ!/(
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); `6lc] r
/* --------------------------------------------- */ Hc^b}A y7
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); lh~!cOm\=E
/* --------------------------------------------- */ 7u\^$25+h
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); T\8|Q@
/* --------------------------------------------- */ ,+,""t
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 49_b)K.tB
/* --------------------------------------------- */ z{``v|K
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 6!Ji-'\"
;2)@NH
K-k;`s#
C#>c(-p>RC
看了之后,我们可以思考一些问题: zWB>;Z}
1._1, _2是什么? \|DcWH1
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 292e0cE
2._1 = 1是在做什么? &cayhL/%
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。
5 ah]E
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 o*I=6`j
2HkP$;lED
e}kEh+4
三. 动工 yWFDGk
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: gHvxmIG
/S\P=lcb
1/6 G&RB
%{&yXi:mS
template < typename T > Po(9BRd7
class assignment \ tF><
{ rMfp%DMA
T value; Mh[;E'C6
public : o}7`SYn
assignment( const T & v) : value(v) {} {Z1j>h$
template < typename T2 > V8`t7[r
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } MPT*[&\-
} ; 2m[z4V@`
t~Cul+
z[}[:H8
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 =+'4u
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment rC[*x}
@lDoMm,m'
j5G8IP_Wx
<8+.v6DCd
class holder ~H7m7
{ +VI2i~
public : (.m0hN!~u
template < typename T > oh :g
assignment < T > operator = ( const T & t) const t]2~aK<]
{ @iS(P u
return assignment < T > (t); Qg<_te)\
} ujmO'blO
} ; q*mNVBy
:
JD%=w_
k)1K6ug
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: j0Kj>
nRPy)L{
static holder _1; [- a2<E
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 %'%ej^s-R
75jq+O_:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); MU<Y,4/k
而不用手动写一个函数对象。 4!XB?-.
O!\P]W4r$
ZXFM_>y5
506B=
四. 问题分析 zVd2kuI&?
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。 U_wn/wcLS
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。 S}cpYjnH8
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 K;sH0*
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 cuB~A8H#}
下面我们可以对这几个问题进行分析。 w\:-lX w
0V1)ou84'
五. 问题1:一致性 /![S 3Ol
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?| [YpSmEn}Y
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ?76Wg::
C;1A$]bk
struct holder %r=uS.+hrF
{ gah3d*d7
// P|!GXkS
template < typename T > 'u@
)F`
T & operator ()( const T & r) const (Ub=sC
{ SsIy ;l
return (T & )r; {Uz@`QO3
} 9gZMfP
} ; w-C~
Ik
Vl%AN;o
这样的话assignment也必须相应改动: 1`^l8V(
aEo!yea
template < typename Left, typename Right > o8-BTq8
class assignment {KxeH7S
{ w4Qqo(
Left l; [2pp)wq
Right r; 6iVjAxR
public : '_lyoVP
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ' Ph
template < typename T2 > 5bYU(]
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } &=Gz[1
L
} ; WS/^WxRY
n#uH^@#0
同时,holder的operator=也需要改动: 3l_Ko%qS
`MAee8u'
template < typename T > X/gIH/
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const gbsRf&4h
{ y>Zvos e
return assignment < holder, T > ( * this , t); !
@{rkp
} 1P.
W 34
W=c7>s0>
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 Nwr.mtvh
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 )@09Y_9r
X^r5su?
return l(rhs) = r; Y9Q-<~\z
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 SpPG
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: an_qE}P
kTb.I;S
template < typename Tp > <W~5;m
class constant_t (o~f6pNB,
{ bY|%ois4
const Tp t; #+N\u*-S
public : es]\xw
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} (~:k70V5
template < typename T > dIQ7u
const Tp & operator ()( const T & r) const XKp.]c wP
{ :y==O4
return t; ]sjYxe
} =2] .G Gg
} ; dB+x,+%u+
]W7(}~m
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 a/;u:"
下面就可以修改holder的operator=了 Y]/(R"-2G
q>/#
P5V
template < typename T > 8Y *SZTzV
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Fh9%5-t:J
{ l>`N+ pZ$
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); R $HIJM
} .=~beTS'Vo
_IuEa\>
同时也要修改assignment的operator() +6|Ys
b Gq0k&
template < typename T2 > @=,2{JF*6
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } A ${b]
现在代码看起来就很一致了。 @'C f<wns
8ar2N)59
六. 问题2:链式操作 jIv%?8+%
现在让我们来看看如何处理链式操作。 *Dtwr
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 nr*~R-,\
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 DeE-M"
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 %lNv?sWb
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct s
`HSTq2
E/|]xKG
template < typename T > }hrLM[
struct result_1 s\i=-`
{ &sR=N60n
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 0@d )DLM?
} ; xx0s`5
qg#TE-Y`
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: lc>)7UF
x|i"x+o
template < typename T > Qmle0ae
struct ref Uhfm@1 cz&
{ #mlTN3
typedef T & reference; Zq=t&$*
} ; M[ $(Pu
template < typename T > Qna
^Ry?6)
struct ref < T &> (mz5vzyw
{ Z)EmX=
typedef T & reference; mt3j- Mw
} ; &o{I9MD
La48M'u
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: pW7vY)hj
K&0op 4&
template < typename T > [RCUP.
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const |!{Q4<
{ OLUQjvnU
return l(t) = r(t); ?#!Hm`\.
} hO(8v&ns3
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。 ot]eaad
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Tl5K'3
ljVtFm<
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 8*kZ.-T
B
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: t5mI)u
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 wLC!vX.S
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 =MDir$1Z
最后的布局是: |7]7~ 6l
Add A!Zjcp|
/ \ J2Y-D'*s
Divide 5 | qtdmm
/ \ Yh_H$uW
_1 3 4*MjDb
似乎一切都解决了?不。 yi<&'L;
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。 *@o@>
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。 9C}Ie$\
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: <h|XB}s+
)hmU/E@
template < typename Right > BT;hW7){9
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const yjs5=\@
Right & rt) const 4O_z|K_k|
{ eO;i1 >
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 'ah|cMRn
} ta"/R@ k*
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ^@ s!"c
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。 5x?eun
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。 6l&m+!i
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。 W[PZQCL}K)
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。 .z&V!2zp
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? 6}
"?eW
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: 4r#O._Z
D
7 l&L
template < class Action > }MP2)6
class picker : public Action 9UTWq7KJ
{ #S2LQ5U
public : i@e.Uzn
picker( const Action & act) : Action(act) {} c:I1XC
// all the operator overloaded X<@yt HBv
} ; zrk/}b0j
3GqJs
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。 GjZ@fnF
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: ya5a7
$_ub.g|
template < typename Right > HVz-i{M
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const .O @bX)
{ b7R#tT
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); WI9'$hB\
} >0)E\_ u
Ug^C}".&
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Hb'fEo r
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。
Y<TlvB)w
+4\JY"oi
template < typename T > struct picker_maker *LcLYxWo
{ zr@Bf!VG:
typedef picker < constant_t < T > > result; N%;Q[*d@/
} ; %(;jx
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > P]!$MOt
{ Tj*o [2mD
typedef picker < T > result; ]_I<-}?;
} ; % \N.m/5
A}C&WT~
下面总的结构就有了: <y'B
!d#
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 jjBcoQU$o
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。 ?"+'OOqik
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 8F($RnP3
至此链式操作完美实现。 Lv,~M f1|
7c!oFwM
~6U@*Svk
七. 问题3 3Zg=ZnF
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 S;NChu?8
Rg)\o(J
template < typename T1, typename T2 > yGgHd=?
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const `}k!SqG
{ 9pE)S^P
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); %8`zaa
} 95(c{
l/
mmY~V:,Kd
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: JiZ9ly(G
;nLQ?eS\
template < typename T1, typename T2 > (HLy;^#R
struct result_2 !? ?Cxs'
{ lnbw-IE!
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; V'c9DoSRI\
} ; Fdd$Bl.&XS
8"wA8l.
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? H(Mlf
这个差事就留给了holder自己。 iJ42` 51
tnqW!F~
hw_7N)}
template < int Order > ./kmI#gaV
class holder; y[qW>
template <> h 7kyz
class holder < 1 > Wr`=P,
{ !IoD";Oi
public : }llzO
template < typename T > pX6T7
struct result_1 T7m rOp
{ ^]'p927
typedef T & result; *-Lnsi^7v
} ; E1 *\)q
template < typename T1, typename T2 > &gF{<$$
struct result_2 S)VuT0
{ cgYMo{R3
typedef T1 & result; 9rB^)eV
} ; )[9L|o5D
template < typename T > 5
W(iU
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const Ul@ZCv+
{ mwbkXy;8
return (T & )r; .^@+$}
} WSDNTfpI
template < typename T1, typename T2 > _<