一. 什么是Lambda mw%[qeLV
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 co(fGp#!
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, I NFzX
ph5xW<VNP
{jCu9 ]c!
QvT-&|
class filler 0*'`%W+5
{ tleK(^
public : N:sECGS,
void operator ()( bool & i) const {i = true ;}
G$cq
} ; (D+{0 /
E2ayK> ,
A,A-5l<h]?
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: EIVQu~,H
^me}k{x
OM#OPB
rB
!ktA"Jx
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); NUO,"Bqq
FcbA)7dD
Cvu8X&y
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 U3dR[*
^FyvaO
%i
JU)N!
[b\lcQ8O
二. 战前分析 c Gaz$=/
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。 _|Kv~\G!
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 vVvt
]h
.w*{=x0k
oW\7q{l2)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Wy0a2Ve
/* --------------------------------------------- */ 1V?Sj
vector < int *> vp( 10 ); 6DiA2'{f
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); D2wgSrY
/* --------------------------------------------- */ `'tw5}
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); D;#Yn M3
/* --------------------------------------------- */ R'a5,zEo/
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); F.* snF
/* --------------------------------------------- */ (J) Rs`_
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ezNE9g
/* --------------------------------------------- */ OYRR'X.E
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); vN6]6nUOiT
~Hs]} Xo
w[$Wpae
![."xHVeL
看了之后,我们可以思考一些问题: ]FnrbQ|
1._1, _2是什么? 7 +W?Qo
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 9@&Z`b_
2._1 = 1是在做什么? ~IN$hKg^
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。 QW"6]
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。 e|+;j}^C
a\2Myj
K5c7>I%k
三. 动工 5['B-
Iw
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: O|g!Y(
*fy`JC
{G*:N[pJp
E0?\DvA
template < typename T > do?n /<@o
class assignment ez<wEtS
{ %A[p!U
T value; o3[sF
public : cX]{RVZo-/
assignment( const T & v) : value(v) {} Q)|LiCR,
template < typename T2 > GLcZ=6)"'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } '9F{.]
} ; z E7ocul
9+;f1nV
^OcfM_4pN
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 01d26`G$i~
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment igbb=@QBJ
p<nBS"/
%'~<:>:"E
~v,KI["o
class holder Z
5YW L4s
{ :phD?\!w8t
public : %a6]gsiv2<
template < typename T > 9P>S[=
assignment < T > operator = ( const T & t) const q,>F#A'
{ WD do{
return assignment < T > (t); z#
?w/NE
} y Q @=\'
} ; EqDYQ
7
HG6{`i
[/,6O
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: Rw^YTv
jN[6JY1
static holder _1; 21EUP6}8j
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 )BTs *7 j
:XY3TI
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); z00:59M4
而不用手动写一个函数对象。 {%k;V ~
/!uBk3x:
s6hWq&C
e.YchGTQ
四. 问题分析 !?M_%fNE
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。 *R6eykp
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。 X@4d~6k?
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 uR@Wv^
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Zdg{{|mm
下面我们可以对这几个问题进行分析。 :
MmXH&yR
C>;8`6_!gU
五. 问题1:一致性 p. ~jo
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?| #i=^WN<V
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 nMvIL2:3
B148wh#r
struct holder BW\5RIWwE5
{ KKXb,/
// U8Jj(]},_
template < typename T > 5BO!K$6
T & operator ()( const T & r) const j/IZm)\
{ %~VIxY|d
return (T & )r; @I.OT
} {OoNhN9
} ; toZI.cSg4
n#'',4f
这样的话assignment也必须相应改动: F+9`G[
[bVP2j
template < typename Left, typename Right > 0P/LW|16
class assignment nhhJUN?8
{ T.dO0$,Q@$
Left l; ojqX#>0K
Right r; #zD+DBTAu
public : rbS=Ewk
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} !D5`8
template < typename T2 > S^n4aBm\+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } }4MG114j
} ; sU!q~`; J
?6]ZQ\,
同时,holder的operator=也需要改动: |OT%,QT|
;mxT>|z
template < typename T > _[tBLGXD
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const _ILOA]ga#
{ SO<K#HfE$?
return assignment < holder, T > ( * this , t); Lcb59Cs6e
} L6#d
M_)T=s *
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 vt=S0X^$yc
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 e|9Bzli{
3A1kH` X^q
return l(rhs) = r; Mxp4 YQl
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。 x G"p.
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: NdQ?3'WJ
6)j4
TH
template < typename Tp > ^Wz{su2
class constant_t yYtki
{ EwZt/r
const Tp t; )U`kU`+'
public : Tj+WO6#V
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 5X-{|r3q
template < typename T > !]T|=yw
const Tp & operator ()( const T & r) const '(>N
gd[
{ ?`}U|]c
return t; t\0JNi$2
} Bv*h?`Q
} ; {IwYoR aXa
m&8_i`%<
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 2yc\A3ft#
下面就可以修改holder的operator=了 '|r!yAO6
']Y:gmM"
template < typename T > UG$i5PV%i
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const :9qB{rLi}
{ v1rGq
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); }N!8i'suz9
} @L7rE)AU.
h {btT
同时也要修改assignment的operator() j. cH,Y
f& *E;l0
template < typename T2 > r?7^@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } $a1.c;NE'
现在代码看起来就很一致了。 oLRio.u*
XA%?35v~
六. 问题2:链式操作 !4fL|0
现在让我们来看看如何处理链式操作。 YJ`>&AJ
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 |Dli6KN
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 LYv2ll`XP
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 kXRD_B5&
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct l6O(+*6Us
~C+T|
template < typename T > #2iA-5
struct result_1 #+=afJ
{ T;7|d5][
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 2x
CGr>X
} ; 07&S^ X^/
Pr'py
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 35et+9
5#tvc4+)
template < typename T > C5FtJquGN)
struct ref c-{]H8$v
{ fN;y\!q5
typedef T & reference; @wz7jzMi
} ; mmti3Y
template < typename T > l-rI|0D#
struct ref < T &> I(|{/{P,
{ (>'d`^kjk
typedef T & reference;
6zSN?0c
} ; ZgtOy|?|
7EUaf;d^
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下:
|H49FL
$TiAJ}:
template < typename T > w}?\Q,
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const lC{m;V2
{ Wit1WI;18
return l(t) = r(t); Pc-HQU
} ygG9ht
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 ektFk"W3A\
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 r\?*?sL
iuRXeiG8
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 UlR7_
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 2t%)d9r32
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Q&7Qht:ea:
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 420K fVA
最后的布局是: pw
.(6"
Add QaV*}W
/ \ ~V4|DN[I
Divide 5 mJ HX
/ \ ]b)(=-;>
_1 3 B Xp3u|t
似乎一切都解决了?不。 J2-xnUa]7
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 6AY%onY
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 L'(^[vR(
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: D!CGbP(
OXo-(HLE
template < typename Right > @g{
"
E6
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ,wjL3c
Right & rt) const W\/0&H\i
{ .x&>H
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); X9>ujgK
} Fc
Cxr@
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 n!2|;|$}Z
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?]!8Ji
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。 @%K 8oYK
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。 m`|+_{4[n
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。 j56Y,Tm
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? #&^+hx|
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: uPpP")
6+>rf{5P7
template < class Action > ft5 Bk'ZJ
class picker : public Action `|4{|X*U.
{ 6FfDif
public : q~Ud>{
picker( const Action & act) : Action(act) {} .%o:kq@B
// all the operator overloaded NGxuwHIQ8
} ; BdSTB"
Y\lBPp0{\v
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。 jWQB~XQY
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: cI H`,bR
MFVFr "
template < typename Right > aLr^uce]
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const i
):el=
{ *GA#.$n
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); `7NgQ*g.d/
} ;YB8X&H$
0xsvxH"*
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> >
3x#G
SS
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。 >Kxl+F
K_xn>
template < typename T > struct picker_maker CZ@M~Si_
{ oR~+s&c