一. 什么是Lambda 6T>e~<^
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 .Ua|KKK C
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, n gA&PU
swv1>52{
GaMiu!|,
9$7tB
class filler HMT^gmF)
{ F.i%o2P3
public : fI@4 v\
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} &UtsI@Mu
} ; ..RCR_DIp
9mW95YI S
/ $7E
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: XPnN"Y"y
,B]kX/W
p`ai2`qC`
C<Q;3w`#1j
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); QEIu}e6b
;C,D1_20Z
{Muw4DV
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ng$`<~=)\
SB
R=
A7!!kR":
:=u Ku'~
二. 战前分析 c}K>#{YeB
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。 R(Y4n w+Y-
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 Jybx'vZj
>(Mu9ie*`
bgs2~50
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Ym~*5|
/* --------------------------------------------- */ KF&1Y>t=
vector < int *> vp( 10 ); .iFd
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); |7XV!D!\g
/* --------------------------------------------- */ DuJbWtA
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ,&$w*D%
/* --------------------------------------------- */ nzI}w7>VU
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); _l}"gUti w
/* --------------------------------------------- */ cX'&J_T+
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); c%,~1l
/* --------------------------------------------- */ *G)=6\
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); jFYv4!\ju
/I@nPH<y
@&!HMl
qI,4uGg
看了之后,我们可以思考一些问题: `* !t<?$i
1._1, _2是什么? |/B2Bm
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。 i}mvKV?!|1
2._1 = 1是在做什么? n JH+P!AC
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。 ^|KX)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。 Y'6GY*dL
z?V'1L1gM
\yeo-uN8
三. 动工 1RC(T{\x
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: u'"VbW3u n
>W%tEc
#SiOx/
gKK*`
L~
template < typename T > )sg@HFhY'
class assignment j_2-
{ }Xv2I$J
T value; @?,iy?BSG
public : `8$gaA*
assignment( const T & v) : value(v) {} !o
A,^4(
template < typename T2 > 7I>@PVN
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } C^vB&3ghi
} ; fbaQXM
v{7Jzjd
6BT o%
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ;Js-27_0
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment fg1_D
rap`[O|l=
8t3,}}TJ
"0al"?
class holder R<>ptwy
{ }lZfZ?oAz
public : % j4
template < typename T > vMOI&_[\z
assignment < T > operator = ( const T & t) const V>
K
sbPqR
{ <1~5l~
return assignment < T > (t); NijvFT$V1
} .32]$vx
} ; Nrp0z:
RLkP)+t
+m Plid\
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: md8r"
%hcn|-"F
static holder _1; oZ%rzLH
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 biZwxP3
uh`W} n
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); e$krA!zN
而不用手动写一个函数对象。 8sm8L\-
8 /3`rEW
58FjzW
~s_n\r&23
四. 问题分析 @"[xX}xK;
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。 >cm*_26;I
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。 %J`cYn#
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 a#i;*J
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ":t'}Eg=6
下面我们可以对这几个问题进行分析。 &m@~R|
1&_93
五. 问题1:一致性 E3bS Q
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?| 35/)S@
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 [gK (x%
~V,~'W
struct holder e.X*x4*>~
{ 9|19ia@[\
// 8*O]
template < typename T > 9H$$Og
T & operator ()( const T & r) const k"-2OT
{ V-Ebi^gz5W
return (T & )r; # fvt:iE
} 6|q\ M
} ; Qs24b
NYS|fa
这样的话assignment也必须相应改动: {Vy2uow0
}cDw9;~D
template < typename Left, typename Right > laVqI|0q
class assignment [v7)xV@c
{ 5&}~W)"9
Left l; iwJeV J
Right r; >l|ao&z>bm
public : ".Lwq_
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} F/ BB]gUB
template < typename T2 > 5r#0/1ym!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } EA@p]+P
} ; 7GN>o@ t
q'r(#,B<3
同时,holder的operator=也需要改动: 7A!E~/nSC
JO\F-xO
template < typename T > 9b
K K
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const obYXDj2
{ 2)O-EAn
return assignment < holder, T > ( * this , t); pwq a/Yi
} &PJ&XTR
Hggp*(AQK
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。 yht|0mZV
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ')ZM#
:G
D[d+lq#p
return l(rhs) = r; *;(wtMg
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。 r`? bYoz
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: U/v }4b
tbbZGyg5b
template < typename Tp > I$Z8]&m
class constant_t s d-5AE
{ ["N{6d&Q
const Tp t; fTn
public : eC+S'Jgf
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 2"Oj*
;
template < typename T > r*e<`Is
const Tp & operator ()( const T & r) const NkWU5E!
{ XE/K|o^Hp
return t; ?!PpooYK
} zT;F4_p3G-
} ; +k@$C,A
:aYbP,mE
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 1: cD\
下面就可以修改holder的operator=了 Ns^[Hb[b'
/,G -1E
template < typename T > wWaO"N]
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const (_2;}eg
{ )_$F/ug
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); H}TzNs
} a>1_|QB.
XJ\j0
同时也要修改assignment的operator() xj/Iq<'R*O
B]):$#{Rxl
template < typename T2 > 7WuhYJbf
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } HvhP9_MB
现在代码看起来就很一致了。 <+0TN]?
~Q q0
六. 问题2:链式操作 *{}Y
:
现在让我们来看看如何处理链式操作。 xW`,@a}
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。 Tnw0S8M
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。 Xi^#F;@sU
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。 y]dA<d?u
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct lRIS&9vA3
6rBXC <Z
template < typename T > $kc*~V~
struct result_1 okl*pA)
{ /eZ UAxq
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; N~<H`
} ; q-3,p.
Yv}V =O%
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: n\l$R!zr
C7|zDJ_
template < typename T > EX]LH({?+L
struct ref 5~AK+6Za
{ r-Nv<oH;
typedef T & reference; ~7$NVKE
} ; F=/@D)hND
template < typename T > ;>#YOxPl
struct ref < T &> s>i`=[qFc
{ Sb9O#$89
typedef T & reference; bf9LR1
} ; "mBX$t'gb
cjTV~(i'4A
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: .fZ*N/
AD_aI
%7
template < typename T > !KYX\HRW
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ,!m][
{ K'Gv+UC*6
return l(t) = r(t); !N, Oe<
} hB]\vA7
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。 znNJ?
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 *G]zN "Y
I2U/\
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 ^#^\@jLm
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 6k|^Cs6~z
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 +\@)
1
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 m[k@\xS4e
最后的布局是: =wd=TX/
Add $)V_oQSqn
/ \ ,qo"i7c{:
Divide 5 Wmm'j&hI
/ \ w=ZSyT-i
_1 3 Q
db~I#}m'
似乎一切都解决了?不。 GS!7HphR
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ;rD
M%S@
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 n/>^!S
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: @k"Q e&BQ
ncF|wz
template < typename Right > ^e<"`e
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const h3}gg@Fm
Right & rt) const U$-;^=;
{ yA74Rxl*6
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 9GH11B_A
} u{Z
4M3U
下面对该代码的一些细节方面作一些解释
+lK?)77f
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。 G4VdJ(_
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。 :n@j"-HA
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。 9KqN .
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。 =\t%U5
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? F4Jc7k2
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: x4r=ENO)q
L<GF1I)
template < class Action > R]s\s[B
class picker : public Action N+l 0XjZD9
{ (W=J3?hn
public : LF2@qv w D
picker( const Action & act) : Action(act) {} &p."`
C
// all the operator overloaded 4| 6<nk_
} ; }D/O cp~o
]8Eci^i
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)88@W
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: BA1|%:.
1$Jria5n
template < typename Right > ,KM-DCwcG
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const {iz,iv/U
{ AK7IPftlH
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); H(MCY3t
} GT -(r+u
F(yx/W>Br_
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > BdK2I!mm
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 xK8n~.T('
n$jOk
|W
template < typename T > struct picker_maker MS_@
Xe
{ mKsTA;
typedef picker < constant_t < T > > result; F5*NK!U
} ; F"#8`Ps>
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > efK3{
{ C(ay7
typedef picker < T > result; Lq-Di|6q
} ; a\UhOPFF
$?Et sf#*'
下面总的结构就有了: YY&3M
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 3@d{C^\
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 !I7bxDzK$
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ,wI$O8"!j
至此链式操作完美实现。 w6B'&
IQ&