一. 什么是Lambda J-k/#A4o
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Fmd^9K
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, !1b4q/
5fT"`FL?
auai@)v6
;usR=i36b
class filler blk4@pg
{ +W7#G `>
public : }t FRl
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} M}S1Zz%Ii1
} ; om1@;u8u
e|e"lP
b)(rlX
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: XZ&cTjNB&
11g_!X -g@
(oxMBd+n1
{@7xOOAw
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); xe&w.aBI>
us7t>EMmB
$[xS>iuD
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 1Uaj}=@M
A?+0Ce&qL
wV\.NQtS
uf/4vz,
二. 战前分析 <C <z#M'`
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 -FGM>~x
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 c2RQwtN|
d2U+%%Tdw
F.cKg~E|e
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); eq6>C7.$
/* --------------------------------------------- */ r T"3^,,
vector < int *> vp( 10 ); R
KXhD PA
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); )_a;xB`S(
/* --------------------------------------------- */ rX}FhBl5
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); (&!RX.i
/* --------------------------------------------- */ ;u*I#)7
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 1'YUK"i
/* --------------------------------------------- */ r]=Z :
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ~Z:)Y*
/* --------------------------------------------- */ WYm<_1
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); "8iIOeY-\
9U4 D$M
}Y!v"DO#Q*
\k9]c3V
看了之后,我们可以思考一些问题: <%N*IE"q
1._1, _2是什么? n/ZX$?tKAK
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。 < #zd]t
2._1 = 1是在做什么? u10;qYfL8o
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。 !Bv.@~
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。 TZ#^AV=ae
EYRg,U&'
q|sT4}
=
三. 动工 U8a5rF><
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: qs>&Xn
GDQQ4-|O
&>xz
k![oJ.vHD
template < typename T > 9T_fq56Oh6
class assignment rtdEIk
{ Pm"nwm
T value; eX$RD9
H
public : T,9pd;k
assignment( const T & v) : value(v) {} t\WU}aKML
template < typename T2 > ~~3*o
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } b#(X+I
} ; tTbfyI
9I [k3
e^k)756
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 CI1K:K AM
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ! n<SpW;
+xS<^;
*G8Z[ht%r
R0urt
class holder ?
=I']$MH
{ 73l,PJ
public : A_Y5{6@
template < typename T > Oe21noL
assignment < T > operator = ( const T & t) const #sE:xIR
{ E(_lm&,4+
return assignment < T > (t); 84<zTmm
} cs 58: G5
} ; K+|0~/0
OHv4Yy]$B
zeD=-3
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: Dxe]LES\]
u
s8.nL/
static holder _1; nG%<n
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 )4RSo&9p`
{^?:- #~h
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 2O}X-/H
而不用手动写一个函数对象。 0j2mTF(C
Sqx'nXgO
=@D H hg
)"J1ET,z
四. 问题分析 uFuP%f!yY
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 Q*m`Xo
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。 9&zQ5L>
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 KB{IWu
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 sB!6"D5
下面我们可以对这几个问题进行分析。 :<v@xOzxx
q|
UO]V
五. 问题1:一致性 ]*D~>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?| G!Yt.M0
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 M5P3;
o$ #q/L
struct holder 5cb8=W-
{ %{jL+4veoL
// nG$+9}\UlP
template < typename T > )<$<9!L4x
T & operator ()( const T & r) const {I/t3.R`
{ "jf_xZ$H-
return (T & )r; [Wxf,rW i
} ;(rK^*`fO
} ; !+DhH2;)F
4n*`%V
这样的话assignment也必须相应改动: U|b)Bw<P
.LGA0
template < typename Left, typename Right > `O!yt
class assignment S263h(H
{ Gr'|nR8
Left l; NZ?dJ"eq7
Right r; U?ZWDr"*`w
public : E)|Bl>
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} fOdX2{7m
template < typename T2 > o wwWm1@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 5lyHg{iqD
} ; %~M#3Ywa
qfRrX"
同时,holder的operator=也需要改动: .*Z#;3
.EC~o
template < typename T > :m36{#
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const !$#5E1:\
{ >>cL"m
return assignment < holder, T > ( * this , t); 1Beh&pl^
} )$K\:w>
xIH= gK
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 5=b6B=\*~
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 R,fAl"wMu
"bz.nE*
return l(rhs) = r; ND/oKM+?
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 h
gu\~}kD
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: wYDdy gS
)@<HG$#
template < typename Tp > |{RCvm
class constant_t 9v1 Snr
{ R+2~%|{d
const Tp t; ],{M``]q
public : cH5RpeP
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} $j\jT
template < typename T > ]=59_bkD:s
const Tp & operator ()( const T & r) const <sX_hIA^Fx
{ aimf,(+
return t; TmK8z
} )\7Cp -E-W
} ; h,6> ^A
w ~^{V4V
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 orbz`IQc
下面就可以修改holder的operator=了 -:~z,F
hLVgP&/E
template < typename T > ,1]VY/
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const \FF|b"E_=
{ ",' Zr<T
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); V;Q@'<w
} @jq H8
fAfB.|cd
同时也要修改assignment的operator() Z-yoJZi
5kA D vi.
template < typename T2 > 5DO}&%.xt
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } !)}D_9{
现在代码看起来就很一致了。 1:_}`x=hM
D
|fo:Xp,
六. 问题2:链式操作 c._!dqR
现在让我们来看看如何处理链式操作。 j,Qb'|f5
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 M:L-j{?y_
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 v- p8~u1N
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 >FJK$>[1:p
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Y![8-L|Q
t~.^92]s|
template < typename T > ad9u;uS
struct result_1 rrq7UJ;
{ eLbh1L
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; vl?fCO
} ; 54/ZGaonz
wUfPnAD.'
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: E^m)&.+'M
/<dl"PWkJv
template < typename T > O;T)u4Q&3
struct ref %eGD1.R
{ R/ x-$VJ
typedef T & reference; i8DYC=r
} ; y)TBg8Q
template < typename T > Bo1 t}#7
struct ref < T &> }WF6w+
{ =vDpm,
typedef T & reference; 9>ZX@1]m_
} ; t}MT<Jj
CK_\K,xVT
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: wRq
f'
:c`djM^ll
template < typename T > !!mGsgnW
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const F5M{`:/
{ 8%xiHPVg
return l(t) = r(t); ~H"-km"@
} woN
d7`C}7
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 Hq>rK`
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 O* )BJOPa
75A60Uw
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 pK'D(t
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 23opaX5V=
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 @V@<j)3P
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ,4}s 1J#
最后的布局是: p%/lP{
Add IxY!.d_s|~
/ \ :U]Pm:ivTU
Divide 5 |HPb$#i
/ \ E/D@;Ym18
_1 3 3wfJ!z-E8
似乎一切都解决了?不。 vkW;qt}yO
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;KNc
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。 r4iT
9D
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: &yqk96z
?}jjBJ&
template < typename Right > 6'e 'UD
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const f9'dZ}B
Right & rt) const B74]hgK
{ Hl8\*#;C&>
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Rn{X+b.
} B0gs<E
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 v{8r46Y~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。 Lo"s12fr
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。 .e}`n)z
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。 6c}nP[6|
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。 SL<EZn0F9
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? .tK]-f2
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: SK_N|X].
0,iG9D7
template < class Action > ?:F Jc[J
class picker : public Action SV^[)p)
{ wB<