一. 什么是Lambda Cr!}qZq
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 JGJXV3AT
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, =F(fum;zH
qjK'sge/
eV?._-G
i2a""zac
class filler %R18
{ 0Zt=1Tv
public : >S3,_@C
void operator ()( bool & i) const {i = true ;}
G_fP%ovh
} ; Dr;-2$Kt/&
XHX\+&6
.{cka]9WJz
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: u?OyvvpH
B.wRZDEvc
VtNY~
:YL`GSl
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); X*Ibk-PUM
!`u
a/9R~DwN
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 *rY@(|
~1x,m.f8
`/zx2Tkk
a(+.rf;
二. 战前分析 k`LoRqF
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 W?a{3B
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 j@JhxCe1+R
uR|?5DK
t0[H_
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); mA ^[S.!
/* --------------------------------------------- */ \#(3r1(
vector < int *> vp( 10 ); th@a./h"
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ^8,Y1r9`$
/* --------------------------------------------- */ X8F@U ^@
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); }y<p_dZI
/* --------------------------------------------- */ yPgDb[V+
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 7pB5o2CD0
/* --------------------------------------------- */ NWuJ&+gcO5
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); J&64tQl*
/* --------------------------------------------- */ iKy_DV;J
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); '$5.{o`s*1
0!WF,)/T7i
h$#QRH
K`=O!;
看了之后,我们可以思考一些问题: VDCG
5QP6(
1._1, _2是什么? *
u_nu>
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。 f0uzoeL<%
2._1 = 1是在做什么? 0]x g E
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。 2OXcP!\Y
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。 @a AR99 M
'A0.(a5
41c]o<!=)j
三. 动工 Dc,h(2
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 6mP
s;I
P@gVzx)M
a[<'%S#3x
XIM!]
template < typename T > (x}>tm
class assignment L* k[Vc
{ zEG6T *
T value; e:SBX/\j
public : [dG&"%5vD
assignment( const T & v) : value(v) {} Y\7>>?
template < typename T2 > 9:|z^r
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } <ptgFR+
} ; m/,.3v
@ ;%+Ms
Eei"baw/
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 s}MD;V&0
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 1Sk=;Bic
08J[9a0[
/az}<r8
.A;e`cKb
class holder Z`5jX;Z!
{ X$o$8s
public : oF1{/ERS
template < typename T > E kb9=/
assignment < T > operator = ( const T & t) const ~H[
{ _ZM$&6EC
return assignment < T > (t); {Y>5 [gp
} GZxM44fP
} ; a;=)`
6jv_j[[
d~bZOy
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: ao4"=My*G
>s
4"2X
static holder _1; U(lcQC`$
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ~U] "dbQ
+_.k\CRms
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); :}QBrd
而不用手动写一个函数对象。 BCDmce`=l
_lWC)bv`
[E9V#J89
tDWW
4H
四. 问题分析 kq;1Ax0{
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。 P}So>P~2
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。 ^*CvKCS
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 (0L7Ivg<
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 3NI3b-7
下面我们可以对这几个问题进行分析。 pkW }\r
NSQ}:m
五. 问题1:一致性 \Wdl1 =`
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?| iD*%' #u
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 7Hghn"ol
PI
KQ}aq=
struct holder C,*3a`/2M^
{ HGuU6@~hu
// !Tc
jJ2T
template < typename T > M^q< qS>d
T & operator ()( const T & r) const Ttr)e:
{ @ |bN[X L
return (T & )r; 4(
Q_J4}P
} / z<7gd~oU
} ; 4@2<dw|*h
j7(sYo@x7
这样的话assignment也必须相应改动: {{hp;&x
B,Pbm|U1
template < typename Left, typename Right > U_s3)/'
class assignment ``;.Oy6jS
{ ChvSUaCS
Left l; 12 8aJ
Right r; H1?t2\V4
public : [v@3|@
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} SM57bN
template < typename T2 > -^1}J
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 8Zj=:;
} ; w}8
,ICL
5yOIwzr&Uu
同时,holder的operator=也需要改动: vY 0EffZ
0P{^aSxTP
template < typename T > -L4fp
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const
Nk.m$
{ 7a$K@iWU
return assignment < holder, T > ( * this , t); vbt0 G-%Z
} <x QvS^|[
zKh^BwhO|X
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 o,-p[1b
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 qPI\Y3ZU
jeKqS
return l(rhs) = r; |j 9d.M
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 <z'Pj7c[
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: sj9j47y
6?;U[eV
template < typename Tp > %G'{G
class constant_t csh@C
ckC8
{ /"(`oe<
const Tp t; z3n273W>6
public : hgYi ,e
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 0V RV.Ml
template < typename T > a&^HvXO(>(
const Tp & operator ()( const T & r) const ro& /
{ a+HGlj 2>
return t; [Rj_p&'
} 'CQ~ZV5
} ; iXoEdt)
yH=Hrz:<eM
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 q8m{zSr
下面就可以修改holder的operator=了 :EGvI
gGaA;YW1
template < typename T > 8v<802
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const :P2{^0$
{ I cJy$+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 8+*
1s7{
} v}cTS@0
_p^?_
同时也要修改assignment的operator() p*NKM}
]I
MG}rvzn@
template < typename T2 > V=i/cI\
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Cs!z3QU
现在代码看起来就很一致了。 w"Q/ 6#!K
1"\^@qRv#
六. 问题2:链式操作 !:]/MpQ ?
现在让我们来看看如何处理链式操作。 +YJpVxYmZ
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。 HXeX!
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。 +g9CklJ
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。 Exb?eHO
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct q`Rc \aWB%
La2f]+sV
template < typename T > qjm6\ii:)
struct result_1 V}Ok>6(~
{ ;i'mma_!
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result;
+vr|J:
} ; #+"1">l
qWdob>u
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: r!N> FE
C8Oh]JF4d
template < typename T > 1zc aI^e#
struct ref $etw'c0
{ Y9}ga4
typedef T & reference; .),Fdrg
} ; 1!S*z^LGl
template < typename T > ;f!}vo<;
struct ref < T &> (y^svXU}a
{ JBI> D1`"
typedef T & reference; ^XgBkC~
} ; gcA,u)z}R
(rieg F
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ^KF%Z2:$
@e#{Sm
template < typename T > tqFE>ojlI
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const r}\m%(i
{ >2s31
{
return l(t) = r(t); ]as+gZ8
} 4=nh'
U38
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。 >ufL RGL>
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 V[;^{,;
u|+Dqe`
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 #rI4\K
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: )p`zN=t
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 `C&@6{L
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 PL|ea~/
最后的布局是: jmBsPSGIC
Add ,$+ P
/ \ &SW~4 {n:
Divide 5 pwg\b
/ \ ]<BT+6L
_1 3 8x`EUJ
似乎一切都解决了?不。 Ods~tM
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。 c }7gHud
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。 YXLZ2-%ohZ
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: u.@B-Pf[Eo
gSk0#Jt
template < typename Right > zq'KX/o
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const h:=W`(n5u
Right & rt) const {+^&7JX
{ Rn $TYCO
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 7PbwCRg
} $/kZKoF{f
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Y`*h#{|
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 {nj`>
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 <u}[_
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 v05$"Ig
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。 _Wtwh0[r*
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? 0i>>CvAl}
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: <xlyk/
Tl
L,dPM
template < class Action > FL[,?RU?2
class picker : public Action $ vBFs]h
{ tx$`1KA
public : 'j\~> a3\
picker( const Action & act) : Action(act) {} bo-lT-I
// all the operator overloaded |Sv}/P-
} ; `hDH7u!U.
HE:]zH
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 (&1565
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 6(/*E=bOKV
ID~}pEQ
template < typename Right > GGU>={D)
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 8^puC
{ W.c>("gC
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); C ~Doj
} b"y4-KV
+' SG$<Xv
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > J|u_45<
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。 eWr2UXv$
b/d1(B@
template < typename T > struct picker_maker 7;a
{ v+~O\v5Q
typedef picker < constant_t < T > > result; YRyaOrl$<
} ; ;0o%
hx
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > g~XR#vl$
{ ^|(VI0KO
typedef picker < T > result; pB0 SCS*
} ; MxqIB(5k
#s{EIj~YR_
下面总的结构就有了: <q`|,mc
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。 dN@C)5pm5`
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。 K?Jo"oy7
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 GO3KKuQ=
至此链式操作完美实现。 jt0f*eYE8
?(Xy 2%v
s)#TT9BbV
七. 问题3 U
U3o (Yq
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。 L0qL\>#ejr
"%w E>E
template < typename T1, typename T2 > U^kk0OT^
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const w&*oWI$i
{ eMtQa;Lc9o
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); O f]/tdPp
} sZ0)f!aH:_
47)\\n_\z
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: +o]J0Gu
N j:W6? A
template < typename T1, typename T2 > =
O|}R
struct result_2 Yv3P]6c.
{ !$p E=~1C
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; >]x%+@{|
} ; hX:yn:P~
sj&1I.@,>
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? z8j7K'vV1
这个差事就留给了holder自己。 [*g'Y;W
_e "
'26
,.1
template < int Order > xmejoOF
class holder; CUx-k|\
template <> .ZupsS9l
class holder < 1 > Hq|{Nt%Q
{ 4veXg/l
public : L0*f(H
template < typename T > ++BQ==@
struct result_1 2p~G][
{ !?z"d
typedef T & result; cRWYS[O?-
} ; Pu(kCH{
template < typename T1, typename T2 > U:gvK8n
struct result_2 ^@<Ia-x
{ D2f~*!vEnA
typedef T1 & result; F1/BtGvQE
} ; QwLSL<.
template < typename T >
|P-kyY34
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const cA~bH 6
{ FAq9G-\B
return (T & )r; 2+yti,s+/
} {d%hkbN+{
template < typename T1, typename T2 > +A1xqOB
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const !.7m4mKzo
{ NYeL1h)l
return (T1 & )r1; dvLL~VP
} =00sB
} ; _Nf%x1m5s
rnC<(f22
template <> C|RC9b
class holder < 2 > |N|[E5Cn
{ - H`,`#{
public : |AS9^w
template < typename T > sqO$ka{
struct result_1 wq]vcY9^
{ ~JB4s%&
typedef T & result; /}(\P@Z
} ; ;".]W;I*O
template < typename T1, typename T2 > WL;2&S/{@
struct result_2 `82^!7 !
{ "YN6o_*]
typedef T2 & result; dK]#..
} ; o[g]Va*8
template < typename T > ue -a/a
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const G*g*+D[HM
{ WyUa3$[gO
return (T & )r; &