一. 什么是Lambda /`4v"f0V
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 #uD)0zdw
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, so?pA@O
]ZR{D7.?
P<cMP)+K
,<0Rf
class filler e'k;A{Oh
{ ueWR/
public : %jbJ6c
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} bxd3
} ; _S9rF-9G]
q9W~7
.q5J^/kr
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: 54ak<&?
r3+<r<gs
aW`:)y&f
zmy4tsmX
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 0v_6cYA
8X}^~ e
xQNw&'|UU
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 _dYf
P3wU#qU
D rF
PtVo7zOye
二. 战前分析 86;+r'3p.
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。 G*P[z'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 h.4qlx|
ysSjc
38V $ <w
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ^3Z7dIUww
/* --------------------------------------------- */ $
7UDz
vector < int *> vp( 10 ); UC8vR>e\
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); f
pv= P
/* --------------------------------------------- */ JYZ2k=zh
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 7>nhIp))
/* --------------------------------------------- */ egZyng
pB
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); V;>9&'Z3
/* --------------------------------------------- */ L
Yh@ u1p
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); pchQ#GU
/* --------------------------------------------- */ A|p@\3P*A
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ?o2;SY(-
uI%N?
4)3g!o?
&ui:DZAxj|
看了之后,我们可以思考一些问题: );Tx5Z}
1._1, _2是什么? P1(8U%
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。 VqcBwJ!?p
2._1 = 1是在做什么? Gkdm7 SV
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。 :[y]p7;{f
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。 Nj0-`j0E
Y5nz?a
VKq0<+M
三. 动工 $Nj'OJSj%
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 8q_1(& O
r5f^WZ$-
. o-0aBG
qg^(w fI
template < typename T > @rPI$ia1~
class assignment I#i?**
{ e%PCe9
T value; mDb-=[W5
public : Jz~+J*r;]A
assignment( const T & v) : value(v) {} [GtcaX{Zz
template < typename T2 > +\+Uz!YS
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } th5,HO~
} ; *e(:["v
T&o,I
m(2G*}
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 \w{@u)h
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment xL9:4'I
,]0S4h67
17e=GL
Na\3.:]z
class holder >nc4v6s
{ ^dFhg_GhF
public : oHxGbvQc
template < typename T > C}n'>],p
assignment < T > operator = ( const T & t) const ~Y\QGuT
{ ^{),+S
return assignment < T > (t); [yO=S0 e
} 3CA|5A.Pa
} ; RxlszyE
Zw2jezP@t
fp9rO}##
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: IM@"AD52a
W;^Rx.W
static holder _1; "4'kb
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写
[<_"`$sm=
MB1sQReOO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 4O$ mR
而不用手动写一个函数对象。 l*$WX=h6n
?g5iok {
4BHtR017r
L30>|g
四. 问题分析 fr8Xoa%1=
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。 EC<5M5Lc
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。 $kD7y5
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 EY
So=
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 BTOA &Ag
下面我们可以对这几个问题进行分析。 @/9>=#4c
xC<R:"Mn
五. 问题1:一致性 I|H,)!Z
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?| 7 n\mj\
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 $2Ka u 1
~q*i;*
struct holder PoJmW^:}
{ `tX@8|
// Nfr:`$k
template < typename T > P=c?QYF
T & operator ()( const T & r) const L{!ihJr
{ :lNg:r$4
return (T & )r; D)y{{g*Lnm
} PXa5g5!
} ; s\6N }[s
p Z"o@';!
这样的话assignment也必须相应改动: nlaG<L#
|Mt&p#y
template < typename Left, typename Right > }I\-HP8!gv
class assignment :=y0'f
V(@
{ Dzo{PstM%
Left l; e"*BHvy F
Right r; R_7
6W&
public : S)+CTVVE
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Z*h43
template < typename T2 > zkd3Z$Ce
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } C9o$9 l+B
} ; j]>=1Rd0b(
>o#ERNf
同时,holder的operator=也需要改动: h(_P9E[g
\WcB9
template < typename T >
[ne"
T
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 4b]_
#7Qm
{ Yhe+u\vGs\
return assignment < holder, T > ( * this , t); "2%>M
} 6eM6[
#^Ys{
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ^/k,
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 z9 O~W5-U
O)O Uy
return l(rhs) = r; }~rcrm.
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 /oFc03d
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: vmvFBzLR
ZBF1rx?
template < typename Tp > \<X2ns@Tf
class constant_t ln fm0
{ -xz|ayn
const Tp t; _r]nJEF5
public : <>]1Y$^Y
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} pL! a
template < typename T > IJ0#iA. T
const Tp & operator ()( const T & r) const 7RD$=?o O'
{ #K|0laul
return t; MA$Xv`6I\
} Gbn4*<N
} ; 3524m#4&@
Qo.Uqz.C
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 vGMJ ^q
下面就可以修改holder的operator=了 _PV*lK=
%MbyKz:X
template < typename T > t-!m
vx9Z
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const pr$~8e=c
{ D;jK/2
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); #Mg lHQO+
} U-eI\Lu
@ ICbKg:
同时也要修改assignment的operator() 0Qp[\ia
|0kXCq
template < typename T2 > Y87XLvig}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } +TF8WZZF.d
现在代码看起来就很一致了。 PS$k >_=t
}a ^|L"
六. 问题2:链式操作 >ukQ, CE~
现在让我们来看看如何处理链式操作。 (')(d
HHW
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。 8 aZ$5^z
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。 Pxqiv9D<R
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。 =-Nsc1&
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ;\x~ '@
wd wp9 r
template < typename T > L7}i
q0
struct result_1 nVXg,Jl
{ :Jk33 N4y0
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; tFiR!f)
} ; [zQWyDu
T9?54r
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: 3 z=\.R
v,jhE9_O0
template < typename T > =U"dPLax
struct ref f`?0WJ(M
{ #uKWuGz]
typedef T & reference; H2U:@.o2&
} ; M&f#wQ
template < typename T > RLHYw@-j@
struct ref < T &> ybE[B}pOeZ
{ bAiJn<
typedef T & reference; s"coQ!e1.
} ; \(fq8AL?
r|fO7PD
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 5)`h0TK
('4wXD]C
template < typename T > h55>{)(E
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const MwAJ(
{ JDA]t&D!v
return l(t) = r(t); Y\(;!o0a
} ezn`
_x_?
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。 $P nLG]X
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 2+:'0Krc
ertBuU
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 5un^yRMB-
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: g<a<*)&
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 _mk5^u/u
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 1TZPef^y
最后的布局是: +s~.A_7)
Add H^
BYd%-
/ \ xA #H0?a]
Divide 5 k':s =IXW
/ \ >f$NzJ}
_1 3 9Ejyg*
似乎一切都解决了?不。 ]Ik%#l.G_
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。 /_*>d)
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。 wa ky<w,
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: kjE*9bUc
Q["t eo]DQ
template < typename Right > Fw"$A0
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ~5 >[`)
Right & rt) const 55m<XC
{ Y(r@v
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); n8u*JeN
} !ni>\lZ
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ]JMl|e
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。 Qn|+eLY
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。 Js{=i>D
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。 HnU Et/
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。 ,@.EpbB
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? V LdB_r3lQ
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: IzUo0D*@
af'@h:
template < class Action > *aRX \TnN
class picker : public Action <
kP+eD
{ d#>y }H9
public : &z@~B&O
picker( const Action & act) : Action(act) {} nIBFk?)6
// all the operator overloaded >qh?L#Fk
} ; F8=nhn
c!wtf,F
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。 cj
g.lzYH
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: .Dw,"VHP
~xDw*AC-
template < typename Right > x_!ZycEa
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const CS@&^SEj
{ Lh ap4:
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); /!T> b:0
} R#eg^7HfX
F,T~\gO5,
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 1*UNsEr
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。 LchnBtjn
&tE.6^F
template < typename T > struct picker_maker /k6fLn2;
{ 6+`tn
typedef picker < constant_t < T > > result; $$1qF"GF
} ; gQouOjfP
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > RiR:69xwR*
{ e;ty !)]
typedef picker < T > result; >EP(~G3u
} ;
4["&O=:d
-JV~[-,
下面总的结构就有了: p]ivf
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。 GEe`ZhG,
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。 J/ W{/E>;
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 RU&_j*U
至此链式操作完美实现。 Bs!4H2@{(]
FxRXPt
FK
r;gP}H ?
七. 问题3 '\~^TFi
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。 X_?97iXjx
Zyye%Ly
template < typename T1, typename T2 > 9[Qd)%MO
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const \#,t O%D
{ MGt]' }
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); JTW)*q9a
} Q6'nSBi:A_
lA;a
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: uaw <
uf' 4'
template < typename T1, typename T2 > 1*Ar{:+ua
struct result_2 R_kQPP
{ Q@QFV~
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; s;1h-Oq(
} ; ;[$n=VX`
-<f;l_(
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? n$["z
w
这个差事就留给了holder自己。 +j[oE I`e
Z|*!y]We
$_X|,v9
template < int Order > 23ze/;6%A
class holder; f3tv3>p
template <> *fc-gAj
class holder < 1 > *xs!5|n+
{ kB
P*K
public : )S@jDaU<