一. 什么是Lambda _,K[kVn
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 7#UJ444b~
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, 4x+[?fw
OMjPC_
hC<E4+5.,
mpwh=
class filler {_\dwe9
{ 5X];?(VTsb
public : 4|\M`T
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} u|$HA>F[
} ; A~E S{Zkh
8irTGA
f&5S`}C
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: I'{Ctc
(HeSL),1
Pr%KcR ;
E,?IIRg&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); zpf<!x^
Wy6a4oY
g6DIWMoO=h
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 gk8v{'0Er
7vPGb:y
.HY,'oC.
c%b|+4
}x
二. 战前分析 $;ny`^8
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 |p*cI @
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码
X_Lt{mf
d<OdQvW.
qu$FpOJ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); kl1Q:
/* --------------------------------------------- */ {GT5
vector < int *> vp( 10 ); ea$. +
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); sEw ?349Bz
/* --------------------------------------------- */ B!)9
>
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Snmv
/* --------------------------------------------- */ 3My}u>
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); j<Pw0?~s6
/* --------------------------------------------- */ IR2Qc6+{
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); @0H0!9'
/* --------------------------------------------- */ @m`H~]AU
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); V{>;Z vj1R
MoiRAO
+Gy9K
FR'Nzi$
看了之后,我们可以思考一些问题: L5d
YTLY
1._1, _2是什么? P$h) Y
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 DTi^* Wj
2._1 = 1是在做什么? vYLspZ;S
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 S%?>Mh?g
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 &dw=jHt
c@]G;> o
8>vNa
三. 动工 {uZ|Oog(p
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: dn=srbJ
SV95g@
v1 ?G
Mt{cX,DS
template < typename T > 16z
WmJH
class assignment 9"B;o
{ U~7{q
>
T value; z8D,[`
public : I)*J,hs1
assignment( const T & v) : value(v) {} =:R${F
template < typename T2 > dYwEVu6q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 9~K>c
} ; $j(4FyH\
X9" T(`
fD_3lbiL(
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 rniL+/-uU
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 8"ZcK xDk
v{1g`E
4>Q] \\Lc
T2|<YJ=
class holder $'#}f?
{ :=q9ay
public : @\-*aS_8>
template < typename T > MScUrW!TA
assignment < T > operator = ( const T & t) const v33[Rk'
{ Fo
,8"m
return assignment < T > (t); ` -W4/7
} NFur+zwv
} ; V j)"?|V
BTA2['
<X1[j9Qtv0
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Tn3C0
Mj19;nc0I
static holder _1; #:MoZw`rlw
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 !HXsxNe
>A6PH*x
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %2G3+T8*x
而不用手动写一个函数对象。 Ia^/^>
)J[Ady^5
%$_?%X0=t
vKkvB;F41
四. 问题分析 [c=![*}/
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。 &XhxkN$8
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 0q1+5
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 5rA>2<\pQ
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 q7rX4-G$
下面我们可以对这几个问题进行分析。 -/7@ A
\IR$~
五. 问题1:一致性 <`A!9+
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| zrtbk~v8y
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 j_zy"8Y{
t3Iij0b~
struct holder dW^#}kN7V
{ ~ :B/`1[m
// = j
l(Q
template < typename T > '@QK<!%,
T & operator ()( const T & r) const ]<fZW"W<q
{ }4Gn$'e
return (T & )r; *Hh*!ePp
} hH?ke(&=f
} ; ) I.uqG
oJ=u
pnBn-
这样的话assignment也必须相应改动: diw5h};W
GL&rT&
template < typename Left, typename Right > fjQIuM
class assignment kY~yA2*G
{ L{c\7
Left l; TjctK [db@
Right r; KZ [:o,jp>
public : }L5;=A']S
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} MF::At[4
template < typename T2 > k@9q5lu;T
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } xtXK3[s
} ; U4e9[=q`'
z-S8s2.Fd
同时,holder的operator=也需要改动: `3UvKqe
]RW*3X
template < typename T > ?Y$3R"p@3`
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const /q`f3OV"
{ ia-&?
return assignment < holder, T > ( * this , t); ,=}+.ax
} wqXo]dX
F@X8a/;F-
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 YE@!`!`d:
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 @y# u!}
_x7>d:C
return l(rhs) = r; CT{X$N
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。 d[ce3':z
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: O<0-`=W,a
7q^a@5f BG
template < typename Tp > xSjs+Y;Mu
class constant_t sQY0Xys<4
{ X*:)]p(R
const Tp t; c5HW.3"
public : 7I6&*I
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} pkA(\0E8
template < typename T > tpKQ$)ed
const Tp & operator ()( const T & r) const W4AFa>h
{ G9>
0w)r
return t; `XbV*{7
} O@KAh5EB
} ; A Rjox`
IAbH_+7O
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 FBI^}^#_
下面就可以修改holder的operator=了 a^9}ceu?
&R}2/Mt
template < typename T > Z9PG7h
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ]<E\J+5K
{ k5GJrK+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); `"E<%$|ZQy
} xTdh/}
HBgt!D0MZ
同时也要修改assignment的operator() MqswYK-s
Y<`uq'V
template < typename T2 > Yg")/*!H
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } gMZ
`
现在代码看起来就很一致了。 [Q20c<,
a 1pa#WC
六. 问题2:链式操作 j}DG +M
现在让我们来看看如何处理链式操作。 p4wXsOQ}
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。 5A"OL6ty
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。 ~FZ=
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。 '\Hh
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct U_Va'7
sZ7BBJX2K
template < typename T > v!?>90a
struct result_1 Sc$]ar]S
{ nSV
OS6
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; PF/eQZ*4
} ; / CVhvK
(K->5rSU
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ^<'=]?xr
C&KH.h/N
template < typename T > HA(G q
struct ref ^Zw1X6C5~
{ Y[ toN9,
typedef T & reference; UPJ3YpK
} ; 3+$~l5LY
template < typename T > 5i1Xumh 4
struct ref < T &> ZZ{:f+=?$
{ }Z}4_/E
typedef T & reference; |B.tBt^
} ; '>5W`lZ
=P<7tsSuoK
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ?i7}d@636
YXhxzH hPd
template < typename T > keWqL]
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const M2e_)f:
{ ;?0k>
return l(t) = r(t); %,G0)t
} }zu?SZH
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。 72 >/@
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。
^iaG>rvA
VKp4FiI6
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 0')O4IHH
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 8DP] C9
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 t#6@~49
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 F&x9.
最后的布局是: \"@BZ.y
Add v9s/!<j
/ \ 7ClN-/4
Divide 5 BiUbg6T.G
/ \ @'{m-?*
_1 3 q}mQm'
似乎一切都解决了?不。 U(cV#@Y
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。 INj2B@_
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。 *XZlnO
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: 4r'f/s8"#
Dy_Za.N2
template < typename Right > h"{Z%XPX#
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 0WI3m2i
Right & rt) const RZV6\j
{ {\+!@?
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); R3SAt-IE
} }&OgI