一. 什么是Lambda QAJ>93
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 VC+\RB#:-
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, 1Jd: %+T
aH$~':[93
9e=*jRs]l^
g&bO8vR=
class filler L9kP8&&KK
{ z]WT>4
public : +|?c_vD
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} oD 8-I^
} ; j>T''Tf
"L)pH@)
# SXXYh-e
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: bk?\=4B:E
Qh[t##I/
3edAI&a5
Xm4wuX"e=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 6:!fyia
d;^?6V
CL*%06QyE
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 JU@$(
w-"&;klV
;H=6u
4_Jdh48-d
二. 战前分析 OS
6 )`
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。 Jc)1}
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 <H)@vW]_
J$Q-1fjj
Dpd$&Wr0Y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); YZ>cE#
/* --------------------------------------------- */ 7" [;M
vector < int *> vp( 10 ); n`,Q:
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Ae#6=]V+^
/* --------------------------------------------- */ hF~B&^dd.
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); (Gn[T1p?
/* --------------------------------------------- */ ,fw[ J
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); xD=D *W
/* --------------------------------------------- */ h[]N=X
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); B`F82_O
/* --------------------------------------------- */ MUrY >FYgx
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); >DRs(~|V#
RtL<hD
&J b.OCf
+ LwoBn>6
看了之后,我们可以思考一些问题: Cf7\>U->
1._1, _2是什么? bwJi[xF
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。 ~^S-
2._1 = 1是在做什么? 4Le5Ms/
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。 76b7-Nj"
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。 FQFENq''B
v~\ 45eEA
{yHfE,
三. 动工 :RsPGj6
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: fhmr*E'J
?C:fP`j:
uKy *N*}
;ZJ,l)BNO
template < typename T > X6 ,9D[Nw
class assignment [,^dM:E/
{ q4i8Sp>
T value; -y?Z}5-rs
public : yU"G|Ex
assignment( const T & v) : value(v) {} <o+
7U
template < typename T2 > noA\5&hqW
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Nr9[Vz?$P
} ; iyYY)roB
Wp}9%Mq~Jy
xbC8Amo;8"
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ^P/D8cXa4
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 7omGg~!k(
$ud>Z;X=P
0:'jU
Q!X_&ao)O
class holder RYl3txw
{ uV_)JZW,L
public : q7&yb.<KD.
template < typename T > -]\E}Ti
assignment < T > operator = ( const T & t) const lE)rRG+JLW
{ eCIRt/ uA
return assignment < T > (t); i?>>
9f@F
} s2?,' es
} ; \'+{X(]
9c{%m4
hlFU"u_
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: &]6K]sWJK{
#A/J^Ko
static holder _1; pq?[ wp"
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ^la i!uZVa
on;sq8;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); U.Chf9a-
而不用手动写一个函数对象。 1mn$Rh&dO
#/t>}lc
9U9c"'g
9Ir~X|}\iL
四. 问题分析 4zqE?$HM'
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 |369@un6
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ]2\2/~l
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 #4_O;]{'
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 EkStb#
下面我们可以对这几个问题进行分析。 M-Z6TL
)fd-IYi-3
五. 问题1:一致性 ?Y0$X>nm
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?| H"FflmUO
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 '5xuT _
ccN &h
struct holder E8iadf49
{ S?nNZW\6[
// /[|}rqX(
template < typename T > Ag>>B9
T & operator ()( const T & r) const ;%rs{XO9
{ or!D
return (T & )r; /R(U>pZ
} U)`3[fo
} ; R5NRCI
yToT7 X7F7
这样的话assignment也必须相应改动: RRI>bh]
}uvKE|umj
template < typename Left, typename Right > n^JUZ8
class assignment b#Fk>j
{ (Y'UvZlM%P
Left l; )-Mn"1ia
Right r; z6FbM^;;
public : '#McY'.D T
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} f
$.\o
template < typename T2 > 0i`v:Lq%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ;Z!~A"~$>
} ; L_
Xn,
*C3uMiz
同时,holder的operator=也需要改动: h=v[i!U-eY
w>z8c3Dq}
template < typename T > ,<Grd5em.
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const (:&&;]sI
{ K'iS#i7
return assignment < holder, T > ( * this , t); >tmnj/=&
} H#kAm!H
j#LV7@H.e?
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。 7E!";HT
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 EaM"=g
SmT+L,:D
return l(rhs) = r; vu_>U({.
T
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。 }{#;;5KrB
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: xP{HjONu
i_[
HcgT-
template < typename Tp > (1kn):
class constant_t z^ aCQ3E
{ .^[fG59
const Tp t; {dy`
%It
public : PSP1>-7)w
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} z`86-Ov
template < typename T > bK_0NrXP
const Tp & operator ()( const T & r) const R\9>2*w
{ */%$6s~
return t; V!pq,!C$v
}
nR,Qm=;
} ; m6bWmGnGC
RlI
W&y
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 4cXAT9
下面就可以修改holder的operator=了 _SMT.lG
Ht`<XbQ>
template < typename T > L?3VyBE
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const c*S#UD+
{ }
D/+<
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Qag|nLoT
} Ek"YM[
u4Y6B
]Q
同时也要修改assignment的operator() $:%*gY4~76
pX>ua5Z
template < typename T2 > a^RZsR
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } `7u\
现在代码看起来就很一致了。 SBCL1aM
i;[h
9=\/
六. 问题2:链式操作 cOzg/~\1
现在让我们来看看如何处理链式操作。 +l2e[P+qA
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。 96.IuwL*.s
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。 HO266M
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。 G*)s%2c>h
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 3q'K5}
_
&GXtdO>;Zv
template < typename T > c+szU}(f6(
struct result_1 tpv?`(DDU
{ r :fwrC
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; H/cs_i
} ; ?~F]@2)5w
xT{TVHdU
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: X?KGb{
Z7`5x
template < typename T > I?f"<5[0
struct ref Eem 2qKj
{ NJ
>I%u*
typedef T & reference; =^BqWC2~
} ; mcvDxjk,h
template < typename T > am]3
"V>
struct ref < T &> zXj>K3M
{ \ua9thOG
typedef T & reference; X32RZ9y
} ; 5/Ydv
RB67
*
zd.
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ~wfoK7T}
?+3R^%`V
template < typename T >
$`^H:Djr
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ^it4z gx@
{ dz8-):
return l(t) = r(t); x*:n4FZ7b
} q A.+U:I8
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。 5fU!'ajaN7
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 g<M0|eX@~
w#W5}i&x
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 4;?1Kb#
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: S*;#'j)4+
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 O:2 #_
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 oz Vpfs
最后的布局是: #1MKEfv(~
Add OdO{xG G@
/ \ $Xf~# uH
Divide 5 O ,l\e3;
/ \ 3)dP7rmZ
_1 3 @v"T~6M
似乎一切都解决了?不。 $H4=QVj6
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 Xz8$Xz,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。 L%f-L.9`u
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: "pYe-_"@
GX7VlI[
template < typename Right > AD(xaQ&T
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const *8/VSs
Right & rt) const =+`D
{ )#C_mB$-#
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ~M*7N@D
} dZF8R
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 {d8^@UL
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 X+@s]
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 8`a,D5U:
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 )ukF3;Gt
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 t`uc3ta"9
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? <8$Md4r
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: Kf|0*c
5H~@^!7t
template < class Action > )4PB<[u
class picker : public Action _<XgC\4O|
{ "8FSA`>=
public : @#A!w;bz
picker( const Action & act) : Action(act) {} L+7*NaPY*
// all the operator overloaded D_Guc8*
} ; kw3+>{\
(p^S~Ax
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。 -gB{:UYi3
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: ;>5,
HXyFj
template < typename Right > J, r Xx:
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const !h?=Wv
==]
{ (,shiK[5f
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); whw{dfE
} Zct!/u9 Q
NfOp=X?Y
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ghX:"vV{n
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。 @bE~@4mOu
?H<~ac2e
template < typename T > struct picker_maker 2!BsEvB(
{ =88t*dH(,"
typedef picker < constant_t < T > > result; .ByU
} ; w?*jdwh,'
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 9?$RO[vo
{ ;|;iCaD a+
typedef picker < T > result; 4?
v,wq
} ; fwy"w
*CzCUu:%t
下面总的结构就有了: U[ bgu#P;
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。 g[AA,@p+
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。 *O5:
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 W\%q}q2?
至此链式操作完美实现。 w1cw1xX*
M.S
s:ttj
>J>>\Y(p
七. 问题3 loBtd%wY
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。 e+l\\9v
dGU8+)2cn
template < typename T1, typename T2 > Qne0kB5m
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const H@Q`
{ h mds(lv7
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); z|Ap\[GS
} 7pP+5&*
f0u56I9
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: KI`11lJW~
zWb-pF|
template < typename T1, typename T2 > UP]1(S?
struct result_2 `[OXVs,7"
{ i+1Qf
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; E0<)oQ0Xa>
} ; 'bC]M3P
l=xt;c!
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? -,|ha>r
这个差事就留给了holder自己。 %<AS?Ry
d@Q][7
JN|VPvjE
template < int Order > SOs,)
class holder; 4#7Umj
template <> ZtR&wk
class holder < 1 > rFfy#e
{ SY|Ez!tU:N
public : rd"
&QB{
template < typename T > M/} aq
struct result_1 <wa(xDBw
{ 8kS~ENe?o
typedef T & result; r@yD8 D \
} ; JjQVzkE
template < typename T1, typename T2 > CL1
oAk
struct result_2 l2s{~ IC
{ >(3'Tnu
typedef T1 & result; vd(dNu&,<
} ; kW+G1|
template < typename T > lLMPw}r<
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const /BKtw8
{ [@|be.g
return (T & )r; ??(Kwtx{
} 9n 6fXOC
template < typename T1, typename T2 > OX^3Q:Z=
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ;`X~ k|7K
{ ;s}3e#$L
return (T1 & )r1; 3~<}bee5|q
} puF%=i
} ; :Y^I]`lR"
yd*3)6=
template <> 1eD.:_t4
class holder < 2 > N~| t!G*9
{ .8(%4ejJ(
public : S(w\Z C
template < typename T > />F.Nsujy
struct result_1 { 8p\Y
{ VaJfD1zd1
typedef T & result; H(&Z:{L
} ; %t[K36,p
template < typename T1, typename T2 > \igaQ\~
struct result_2 +v-LL*fa
{ ?ZX!7^7
typedef T2 & result; Ia7D F'
} ; CC#C
template < typename T > y
1nU{Sc@
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const H#Q;"r 3
{ .Q[yD<)Ubs
return (T & )r; tN2 W8d
} ?wCs&tM
template < typename T1, typename T2 > SQE`
U
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const K(OaW)j
{ 'HB~Dbq`V
return (T2 & )r2; 0H+c4IW
} 50Ad,mn<
} ; =~JfVozU
km4g}~N</
}NwN2xTB
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 _-TOeP8#94
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: hVf^
首先 assignment::operator(int, int)被调用: 5~s{N
\O? u*
return l(i, j) = r(i, j); !FP"M+
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) xiCN
qk3
Bc[6*Y,%T
return ( int & )i; 1R^4C8*B
return ( int & )j; &I)\*Ue2t
最后执行i = j; [%~^kq=|
可见,参数被正确的选择了。 4By]vd<;=
GX5W^//}
>BJ}U_ck
TvM24Orct
9U'[88
八. 中期总结 l&|)O6N
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: NjP ]My
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 ?4sJw:
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 "kr,x3
=
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor =G>.-Qfs
tBv3~Of.
_+n;A46
f3t.T=S
H%C\Uz"o
<r;o6>+
九. 简化 Snx<