一. 什么是Lambda Yc+/="&z
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Z3T:R"l;
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, Sh}AGNE'
GYyP+7K4l[
r4D6g>)h1q
K%$%9y
class filler xsV(xk4
{ )#M*@e$k
public : Ga"$_DyM
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 5}E8Tl
} ; UACWs3`s+
qGr(MDLc
KKl8tI\u~
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: 0:Ak4L6k
fLxFF
aZ@Ke$jD
Z,_yE*q
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); N:Q}Lil
00n6v;X
bxK1v7
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 `4gm'C
}`\+_@w
gNo.&G [
~;3N'o
二. 战前分析 LezM=om.
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。 BoHMz/DB
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 aKhI|%5kA
WdnCRFO?l
%7z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); iKs/8n
/* --------------------------------------------- */ Nq"/:3@4
vector < int *> vp( 10 ); xW#r)aN]p
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 2_R'Kl![
/* --------------------------------------------- */ *R0Ae 4
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 8 U B?X
/* --------------------------------------------- */ {xMY2I++
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 1wi{lJaz
/* --------------------------------------------- */ W,}HQ
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); =;i@,{
~
/* --------------------------------------------- */ CT6a
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); l{E+j%
5kofO
#xNLr
ZS4lb=)G
看了之后,我们可以思考一些问题: bWW$_Spr
1._1, _2是什么? qWfG@hn
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 AN\:
2._1 = 1是在做什么? 6&`.C/"2
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 #7/_Usso
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 #y~^!fdp9
U(3{6^>Gc
GBGGV#_q'}
三. 动工 ;SEH|_/
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: (sq4
CY<,p$
o>';-} E
2$jTj<.K
template < typename T > Z1wN+Y.CA
class assignment oL2|@WNj,
{ o=X6PoJN_
T value; {]n5h#c 5*
public : 1t
WKH
assignment( const T & v) : value(v) {} ^EPM~cEY\
template < typename T2 > 6OkN(tL&.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } pkWzaf
} ; I;S[Ft8d
A<C`JN}
:lcZ)6&S
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Ayadvi(@P
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment +FP*RNM
YYzj:'
XnHcU=~q
\`-/\N
class holder loZJV M
{ y<.0+YL-e+
public : 4/e-E^
template < typename T > HW;,XzP=
assignment < T > operator = ( const T & t) const 82WXgB>
{ [k ZvBd
return assignment < T > (t); KDhr.P.~
} w*Vf{[a'
} ; (`>RwooE
%K@D{)r_^
559znM=
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: -n?}L#4%8
h3$.`
>l
static holder _1; U
N 1HBW;
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 : |#Iw
)@DH&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); p6$ QTx
而不用手动写一个函数对象。 z_~5c
N 3i,_
TL ;2,@H`
+/*g?Vt
四. 问题分析 4&~ft
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。 0K <@?cI
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。 ? "]fGp6y
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Jtnuo]{R
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Uc/MPCqZ
下面我们可以对这几个问题进行分析。 <03 @c s
^a4 y+!
五. 问题1:一致性 "45O!AjP
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?| &~ QQZ]q6
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 sPYG?P(l
R?a)2jl
struct holder ()6)|A<^U
{ D^W6Cq5\
// aL$m
template < typename T > h?jy'>T?b2
T & operator ()( const T & r) const `VCU`Y
{ aT$q1!U`j2
return (T & )r; @C{IgV
} 3<LG~HWST
} ; IT5AB?bxH
6?b9~xRW
这样的话assignment也必须相应改动: qcEiJ}-
Y0:y72mK
template < typename Left, typename Right > 8`XT`H
class assignment 8aQ\Yx
{ B<i)je!
Left l; F2WUG
Right r;
)T/"QF}<T
public : {y0#(8-&
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} `X'-4/Y
template < typename T2 > !Sx}~XB<
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } KY9sa/xO
} ; fo9O+e s
]#]|]>&
<
同时,holder的operator=也需要改动: NWd%Za5K;
&2C6q04b
template < typename T > ~gQ$etPd
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const .<}(J#vC
{ e;\g[^U
return assignment < holder, T > ( * this , t); -} \g[|
} tz\7,yGT
m/gl7+
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。 {|=
8wB
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Sh(
;
>Tko<
return l(rhs) = r; mE^mQ [Dk
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。 6 "U&i9
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: [0U!Y/?6lA
;A7HEx
template < typename Tp > Ymkk"y.w
class constant_t <yz)iCU?
{ hG .>>
const Tp t; xjB2?:/2
public : _doX&*9u
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} dIgaw;Ch]
template < typename T > Vui5Z K
const Tp & operator ()( const T & r) const teH $hd-q
{ 6Ko[[?Lf[
return t; E5qh]z(
} ":EfR`A#
} ; KoVy,@
]BGWJ A5
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 7t= e"|^
下面就可以修改holder的operator=了 m,NUNd#)\
Y+75}]B
template < typename T > DP **pf%j
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const xtMN<4#E
{ xzTTK+D@
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); N+%E=D>
} :=WiT_M
OBaG'lrZy
同时也要修改assignment的operator() @ de_|*c
$BKGPGmh
template < typename T2 > ]v j=M-:+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } F* "
现在代码看起来就很一致了。 6KC.l}Y*
a<9gD,]P
六. 问题2:链式操作 Q= IA|rN
现在让我们来看看如何处理链式操作。 HTiqErD2_
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 |!:ImX@
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 tn!z^W
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 n:d]Z2b
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ZLw7-H6Fh
f(~xdR))eh
template < typename T > ]ZKmf}A)1P
struct result_1 ZRN*.
{ t:NTk(
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; vn<z\wVbf
} ; g]?&qF}
m`CcU`s
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 4UD<g+|
O Z<iP
template < typename T > }z:g}".4
struct ref )\#w=P
{ C9>tj=yEY
typedef T & reference; Sn=|Q4ZN
} ; AB<|iJC
template < typename T > ?Iy$'am]L
struct ref < T &> ^Uss?)jN4
{ .O!JI"?
typedef T & reference; (PAkKY}
} ; 4#Wczk-b
Z]f_?@0
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: P @N7g`u3}
>MD['=J[d
template < typename T > 6U[`CGL66
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const WBT/;),}:
{ R{Q*"sf
return l(t) = r(t); U5Say3r
} ,>% 2`Z)
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。 A*#.7Np!"
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 mOji\qia
6vp\~J
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 'F>eieO
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: "]h4L
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ` b a}6D
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 6)63Yp(
最后的布局是: [r,a0s
Add fa7Z=:aG
/ \ s&:LY"[`
Divide 5 L&V;Xvbu%
/ \ 8q9HQ4dsL
_1 3 Pf&\2_H3s9
似乎一切都解决了?不。 x_Zi^ ]
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。 NH&/=
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。 3db ,6R
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: Sc03vfmo"N
}z{2~ 0,
template < typename Right > l_tr,3_w
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const \HX'^t`
Right & rt) const e~]3/ 0
{ Za68V/Vj
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); y'\BpP
} wBz?OnD/D
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 rMRM*`Q2
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。 ^<X+t&!z
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~7xj?
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。 `x%v&>
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。 jo 0
d#
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? 'z$ BgXh\
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: r}kQ<SRx
&)`xlIw}
template < class Action > >i^8K U
class picker : public Action On
x[}x
{ zAT7^q^
public : '&/ 35d9|*
picker( const Action & act) : Action(act) {} qxS=8#-`(
// all the operator overloaded egQB!%D
} ; W4n;U-Hb
NA%M)u{|
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。 l&3f<e
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: NIZN}DnP
%Jy0?W N
template < typename Right > h^_Sd"l3
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ~2
L{m[s|
{ `4^-@}
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); E"d\N-I
} _<tWy+.
t^eWFX
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > "|P8L|
@*
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。 irj{Or^k
Ln6\Iis
template < typename T > struct picker_maker G.v zz-yG
{ K_/-mwA v
typedef picker < constant_t < T > > result; P$LHsg]
} ; O ?`=<W/R
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > l2&cwjc
{ nx{_^sK
typedef picker < T > result; QTZfe<m0
} ; *12,MO>go
i-1lpp I
下面总的结构就有了: mZGAl1`8
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。 .m--#r
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。 !6y<