一. 什么是Lambda R\^n2gK
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 7$z]oVbO'
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, =54"9*
$.7Ov|
1>KZ1Kf
ODggGB` H`
class filler 0u3"$o'R
{ NZP>aV-
public : ^}F @*A;o
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} c"|4'#S
} ; 4Jf6uhaE
4iDlBs+
.L#xX1qr
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: @@?P\jv~
L.cGt"{
%, Pwo{SH
CDNh9`
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); "_g3{[es!
zKnHo:SV
%, U@ D4w
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 x#-+//
vE}>PEfA
Hn-k*Y/P
f vAF0
a
二. 战前分析 -W#-m'Lvu
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。 yY3Mv/R
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 l2AAEB_C.
e=8z,.Xk
8[z<gxP`?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); K}r@O"6*\
/* --------------------------------------------- */ |i}5vT78
vector < int *> vp( 10 ); _ ?\4k{ET
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ;RmL'
/* --------------------------------------------- */ rA"><pH
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); PB
W.nm
/* --------------------------------------------- */ ug|'}\LY
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); }'"4q
/* --------------------------------------------- */ #dd-rooQuD
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); C6!P8qX
/* --------------------------------------------- */ B!;qz[]I
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); -F]0Py8(
FL,av>mV
5bfd8C
IK
/@j
看了之后,我们可以思考一些问题: MPn
6sf9M
1._1, _2是什么? pejG%pJ
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。 pE^j Uxk6
2._1 = 1是在做什么? "1-|ahW
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。 h=1cD\^|qw
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。 NIzxSGk|
3RW3<n
HxH.=M8S_
三. 动工 -UhSy>m
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: AXQG
XW^Sw;[efZ
_w'N
b6LwKUl
template < typename T > jOE~?{8m
class assignment `X =2Ff
{ _LOV&83O(
T value; bR0 z$~
public : R3[H#*gF<
assignment( const T & v) : value(v) {} -t5DcEAb$
template < typename T2 > Mzbbr57n
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } B <CK~ybY
} ; G T3wJQ5N
opQdym
u`Sg' ro
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 7p!w(N?s
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment I1TzPe
C4`u3S
,^>WCG
Gp PlO]
class holder ]h`<E~
{ xpzQ"'be
public : Hy_}e"
template < typename T > WN_i-A1G/h
assignment < T > operator = ( const T & t) const J4xJGO
{ Y(`# J[
return assignment < T > (t); V&j
|St[
} /=|5YxY
} ; nj@l5[
+dt b~M
On^jHqLaE
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: )]^xy&:|
=Y0>b4
static holder _1; .ZB/!WiF
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 (t{m(;/
dp&bcR)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 4ZRE3^y\"
而不用手动写一个函数对象。 .&Vyo<9Ck
o
C5}[cYD`
U'Xw'?Uj
mp\`9j+{
四. 问题分析 !GNLq.rQ
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。 neHozmm|
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。 ub#>kCL9
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 l5 FM>q
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Je5UVf3>2&
下面我们可以对这几个问题进行分析。 \Jcj4
E@f2hW2
五. 问题1:一致性 ;M95A
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?| CXzN4!
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 w'Cn3b)`
5T,In+~Kd
struct holder f a9n6uT
{ cITF=Ez
// :EXH8n&|
template < typename T > 1VH$l(7IQ
T & operator ()( const T & r) const bhIyq4N
{ r%QnV0L^
return (T & )r; U;QN+fF]u
} #kuk3}&
} ; XO=UKk+EK
R
m{\ R
这样的话assignment也必须相应改动: @rTAbEk{U
"DW; 6<m
template < typename Left, typename Right > )k@+8Yfa1p
class assignment S b9In_*
0
{ Ww
}qK|D
Left l; e^Ds|}{V
Right r; rRfPq
public : u_5O<UP5
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} xyoh
B#'W
template < typename T2 > Gob;dku
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } `$X|VAS2
} ; 8@S5P$b};
&SzLEbU!
同时,holder的operator=也需要改动: 5&uS700
ddR_+B*H
template < typename T > w84
]s%y
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const E
rf$WPA
{ Cw=wU/)
return assignment < holder, T > ( * this , t); dXe.
5XC
} qlUw;{;p
7jb{E+DrG
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。 BBub'
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Qe~2'Hw#9
L?@TF;
return l(rhs) = r; V!'N:je
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。 /$IF!q+C
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: bEXm@-ou
.Y.{j4[LQ
template < typename Tp > )A`Zgg'L7D
class constant_t ]Tje6iF
{ gAx8r-` `
const Tp t; ) OqQz7'
public : -*?Y4}mK
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} $jd>=TU|
template < typename T > ^GXy:S$
const Tp & operator ()( const T & r) const .>(?c92
{ $ljgFmR_
return t; ?|i6]y=D
} u#+p6%?k
} ; $Qm-p?f
-zeodv7
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 [n`SXBi+n
下面就可以修改holder的operator=了 X9:(}=E
V
&wZ ggp
template < typename T > xLE+"6;W
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const U`j[Ni}"
{ cU y,q]PO
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 8e'0AI_>
} ZOFhX$I
a.|4`*1[;
同时也要修改assignment的operator() c=YJ:&/5&
b&$ ?.z
template < typename T2 > ^J8sR4p#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ^6?NYHMr=
现在代码看起来就很一致了。 (1bz.N8z
`.# l_-U{
六. 问题2:链式操作 Oc;/'d2
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ?kICYtY:_b
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。 pai>6p
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。 ."m6zq
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。 W#<&(s4
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct
`ag7xd!
$jYwV0
template < typename T > vT<q zN
struct result_1 5XNIX)H
{ 3:$hC8
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; !b O8apn
} ; 7'[C+/:
#]s>
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: gTK5z.]
8s4y7%,|
template < typename T > Nxu10
struct ref &gkGH<oaX
{ 2a;vLc4
typedef T & reference; +$ )C KC
} ; B|IQ/g?
template < typename T > r<;bArs-u
struct ref < T &> W{OlJRX8
{ {IeW~S'&
typedef T & reference; p}KZ#"Q
} ; eSynw$F2N
Ae,-.xJ
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: }b9#.H9
YyX/:1 sg>
template < typename T > ,L+tm>I
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ]E66'
{ v>3)^l:=Y*
return l(t) = r(t); Sti)YCXH
} yQ4]LyS
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 uQN8/Gy*J
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 j.$#10*:
?~rF3M.=|
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 O)MKEMuA
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ^R.#n[-r2
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 9&A-o
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 %zH NX4
最后的布局是:
6h
N~<
Add @18"o"c7j
/ \ 40pGu
Divide 5 ^e$;I8l
/ \ N2_j[Pe
_1 3 (NUk{MTX
似乎一切都解决了?不。 >n@?F[ Y
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 oK h#th
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 7?K?-Oj
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: 5y!
4ny_
*LeFI%
template < typename Right > %3'4QmpR
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ~V?O%1)k?\
Right & rt) const 9Ot;R?>(
{ U">D_ 8
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); TX]4Y953D
} PY:
l
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 SoODss~X
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 i^(_Gk
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 vy#n7hdCc
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 wKhuUZj{
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 4KE"r F
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? R2Fh
WiL
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: [7?K9r\#
KyW6[WA9
template < class Action > |XxA Fje
class picker : public Action bD<[OerG
{ 9|T%q2O
public : nMD^x
picker( const Action & act) : Action(act) {} ahkSEE{
// all the operator overloaded |")}p=
} ; qUSImgg
v$"#9oh
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。 V\@h<%{^%7
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: z8M^TV
\4I1wdd|^
template < typename Right > Y((s<]7
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const EA%(+tJ^0
{ s
bd;Kn
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); *52*IRH
} ,+P!R0PNH
o=?sM q1<
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > OA2<jrGB!
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。 } ab@Nd$
PygT_-3z{
template < typename T > struct picker_maker $78fR8|r-
{ PJN TIa
typedef picker < constant_t < T > > result; au2ieZZ[
} ; ;A~S){
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > oju7<b9Ez
{ ?b 2
typedef picker < T > result; F ^Rt
6Io
} ; >/1N#S#9
%\=5,9A\
下面总的结构就有了: 8Cz_LyL
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。 QRXsLdf$$
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。 ^ng#J\
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 zcD&xoL\H
至此链式操作完美实现。 9H?er_6Yf
?hvPPEJf
j$^3
七. 问题3 K+ xiov-r?
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。 a ^<W
?Z
=:[Jz1 M5
template < typename T1, typename T2 > WV!qG6\W
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Rj9z'?a9
{ )I{41/_YA
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 4x.'H18
} vmL%%7
4&)*PKq
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: XodA(73`i
%TxFdF{A
template < typename T1, typename T2 > 2hAu~#X
struct result_2 `h_,I R<
{ >>=lh
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; }N(-e$88
} ; UA/Q3)
mv%fX2.
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? G>&=rmK"
这个差事就留给了holder自己。 pj&vnX6O^
k_#ra7zP
fLL_{o0T
template < int Order > {<iIL3\mC
class holder; :j9{n ,F
template <> [Rw0']i`4
class holder < 1 > $'dJ+@
{ :\L{S
public : VdQ}G!d
template < typename T > +4f>njARIb
struct result_1 Bvzl*
&?
{ *qYcb}
]
typedef T & result; EcrM`E#kaZ
} ; V"(S<o
template < typename T1, typename T2 > $q]((@i.
struct result_2 9kL'"0c
{ Ra<mdteZT
typedef T1 & result; 9r@r\-
} ; FOgF'!K
template < typename T > }UZ$<81=
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 6Lz{/l8
{ /4+M0P l
return (T & )r; <splLZW3k
} #o_`$'>
template < typename T1, typename T2 > 12DMb9_rp
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const [t5:4
Iq
{ S{{D G
return (T1 & )r1; vE7 L> 7
} BbUZ,X*Y
} ; F=yrqRS=
*DObtS_
6
template <> P!'Sx;C^f
class holder < 2 > kM|akG
{ AJ` b-$Q
public : HS.3PE0^C
template < typename T > NmYSk6kWJ
struct result_1 rc1EJ(c
{ e@*Gnh<&
typedef T & result; u&?J+
} ; ]78I
template < typename T1, typename T2 > QgO@oV* S
struct result_2 g
#u1.|s&p
{ JYOyz+wNd
typedef T2 & result; )Yz`
6
} ; V;mKJ.d${
template < typename T > yd[}?
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const D{I^_~-\5
{ lidzs<W-fW
return (T & )r; K2>(C$Z
} 1BwCJ7?8
template < typename T1, typename T2 > _C~e(/=z
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ,Y=r]
fk
{ KG6ki_
return (T2 & )r2; &10vdAnBRC
} RzQ1Wq
} ; 55MsF}p
GiJ|5"
/
*xP`'T
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> >。 JVf8KHDj
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: `DIIJ<;g
首先 assignment::operator(int, int)被调用: _JOrGVmD
aAiSP+#
return l(i, j) = r(i, j); #P=rP=
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) 7'Y 3T[
R8P7JY[h
return ( int & )i; &G7JGar
return ( int & )j; C%t~?jEK~^
最后执行i = j; o$oW-U
可见,参数被正确的选择了。 YlwCl4hq
|`_qmk[:R
?Q[uIQ?dV
//]g78]=O
lHv;C*(_=
八. 中期总结 SY>i@s+ML
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: 4]A2Jl
E
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 J?Brnf.
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 /c'3I
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor wO&`3Q3~$
_Sy-&}c+
+
9KRHo%m
vg"y$%
c<