一. 什么是Lambda jJ++h1
K
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 P(h5=0`*PR
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, 2p:r`THvS5
;V.vfar
r4;Bu<PQN1
!T'X
'Q
class filler nq;#_Rkr
{ 7Dt"]o"+
public : wUp)JI
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} vWY(% Q,
} ; r4eUZ .8R
*gu8-7'
RJc%,
]:
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: X+ f9q0
i'tp1CI
SRz&Nb
TzM=LvA
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 77Q}=80GU;
(0jr;jv
\G;CQV#{9
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 7g6RiH}
59!)j>f
[7W(NeMk
\&q=@rJp(z
二. 战前分析 _CdROo6I
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。 {}\CL#~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 a8s4T$
b!a
%YLL
mG(N:n%*K
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); nGa1a
/* --------------------------------------------- */ T1NH eH>
vector < int *> vp( 10 ); E
$6ejGw-
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 1d v=xe.
/* --------------------------------------------- */ kuS/S\Z5K
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 3Gd0E;3sk~
/* --------------------------------------------- */ T*P+Fh"
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); wO!u!I
/* --------------------------------------------- */
BGqa-d
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); i\p:#'zk5
/* --------------------------------------------- */ xm^95}80yh
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); D ,M@8h,
;KcFy@ 6q5
ty-
r&
,sDr9h/'C3
看了之后,我们可以思考一些问题: g6euXI
1._1, _2是什么? _D-Riu>#J
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 m6U8)!)T
2._1 = 1是在做什么? s~$zWx@v
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。 E`xU m9F
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。 XxOn3i
+,_c/(P
Z .Pi0c+
三. 动工 }gCHQ;U7`
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Lt>7hBe"
fNoR\5}!
T]71lRY5
)zJ=PF
template < typename T > y8?t-Pp]1
class assignment J}@GKNm
{ %h+uD^^$
T value; hKksVi
public : g42T#p8^
assignment( const T & v) : value(v) {} IJPgFZ7
template < typename T2 > se,Z#H
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 9}
*$n&B
} ; (hf zM+2
AMTslo
Y6VQ:glDT-
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 J
Jy{@[m
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment C EqZ:c
r~oSP^e'
(~#G'Hd
}1m_o@{3P
class holder 7a<_BJXx
{ xNgt[fLpS
public : n`<U"$*
template < typename T > (,LL[&;:
assignment < T > operator = ( const T & t) const Y:pRcO.4g
{ :_H>SR:
return assignment < T > (t); re uYTH
} ~zyQ('
} ; ;$;rD0i|
@HEPc95
ou6j*eSN
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: [g|Hj)(
}m_t$aaUc1
static holder _1; @^CG[:|
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 T
% /
r}EM4\r
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ,so4Lb(vG
而不用手动写一个函数对象。 !}q."%%J_%
=pp:j`B9(
Z#7U
"G-A
kCp)!hVQ
四. 问题分析 F5IZ"Itu(
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。 EUZq$@uWL
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。 $L&BT 0
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 AbZ:(+@cP
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 %6 ]\^
下面我们可以对这几个问题进行分析。 4oJ$dN
U**)H_S/~
五. 问题1:一致性 yW>R RE;
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?| J3&Sj{ o
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 .)`-Hkxa
F< |c4
struct holder *?N<S$m
{ <E}N=J'uJ
// }+DDJ6Jzs
template < typename T > C1 {ZW~"YI
T & operator ()( const T & r) const XRa#21pQ
{ T} 8CfG_j
return (T & )r; <gcmsiB|
} o)!m$Q~v
} ; owMmCR
oD,C<[(p
这样的话assignment也必须相应改动:
UTX](:TC
iGa}3pF
template < typename Left, typename Right > s3< F
class assignment T*\$<- ^
{ w_H2gaQ
Left l; x@Vt[}e
Right r; (UcFNeo
public : tgW kX
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} /e<5Np\X
template < typename T2 > 6
[ _fD
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Ilef+V^qr
} ; p`p?li
CWvlr nv
同时,holder的operator=也需要改动: n?Z f/T
Y)OBTX
template < typename T > M5u_2;3
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const
[R\=M'
{ ?cxr%`E
return assignment < holder, T > ( * this , t); 7@~QkTH~y
} Y^3)!>
$_bZA;EMQ
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。 $rTu6(i1
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ~me\
e>!E=J)j
return l(rhs) = r; kjX7- ZPY
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 b[0S=e
G
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: zn^ v!:[
O+vcs4
template < typename Tp > OQc{
V
class constant_t {? 2;0}3?;
{ d<v~=
const Tp t; j%5a+(H,z;
public : x~Cz?ljbn
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Um'Ro 4
template < typename T > q_pmwJ:UL
const Tp & operator ()( const T & r) const 0Jg+sUs{
{ SS0_P
jKz
return t; J% AG`
} @it/$>R^)
} ; e&ts\0
+9_ ,w bF
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 '$*[SauAG
下面就可以修改holder的operator=了 6lZGcRO
}Az'Zu4 =
template < typename T > z \^
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Se/ss!If
{ Iy.mVtcsZ
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ^Rk^XQCh
} %GVN4y&
l# BZzJ?~
同时也要修改assignment的operator() nj"m^PmWo3
_j>L4bT
template < typename T2 > e3pnk
=u
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ]*GnmG:D*
现在代码看起来就很一致了。 ]Y =S
<b'1#Pd>0
六. 问题2:链式操作 :ovt?q8">
现在让我们来看看如何处理链式操作。 {RJ52Gx(
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 }v&K~!*
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 ( mt*y]p?
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 `OBl:e
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct g+3Hwtl
|C4o zl=O?
template < typename T > F#KF6)P
struct result_1 [brkx3h
{ G}q<{<+$
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; q55M8B 4w
} ;
\eT/ %$
}EP|Mb
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: I<KCt2:X
ovSH}h!
template < typename T > P]-#wz=S
struct ref
Y=|CPE%V
{ V4Qz*z%
typedef T & reference; DEcGFRgN~
} ; g kn)V~ij
template < typename T > p_;r%o=
struct ref < T &> SNN#$8\
{ RB *P0
typedef T & reference; K9^ "NS3
} ; xjE7DCmA
_V&x`ks
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: k3#wLJ
ZLuPz#
template < typename T > qNy-o\;XN
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 8,H~4Ce3
{ w7r'SCVh3+
return l(t) = r(t); #'wL\3
} @H6%G>K,
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 m$)YYpX
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 1NW>wo
8ZFH}v@V1'
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 shD+eHo$
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: _=6vW^s
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Agz=8=S%
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 IE|,~M2
最后的布局是: fmBkB8
Add 9V.+U7\w
/ \ /K[]B]1NE
Divide 5 d;<.;Od$`
/ \ $.;iu2iyo
_1 3 K('
9l& A
似乎一切都解决了?不。 k 5t{
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。 'Z y{mq\
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。 ~RAzFLt6x
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: $Q=$?>4U
:ET x*c
template < typename Right > }&C dsCM>2
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ?S8$5gA
Right & rt) const A_aO}oBX
{ fG3wc
l~
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); TX&[;jsj
} s
*K:IgJ/
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 t6j-?c('
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。 ` 4OMZMq
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。 aE}=^%D
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。 a!&bc8J7
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。 ?~{rf:Y
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? ]bf'
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: 7bHE!#L`0
xiEcEz'lk
template < class Action > Cy]"
class picker : public Action . c#90RP
{ Oxpo6G
public : rYD']%2
picker( const Action & act) : Action(act) {} =Z^un&'
// all the operator overloaded )eVzS j>MT
} ; zI(xSX@
5[1@`6j
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。 .iN-4"_j1
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: vs*>onCf
e<kpcF5{\
template < typename Right > coW)_~U|
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const L(W%~UGN
V
{ ?U=mcdqd
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); }F~f&<GX6
} i[mC3ghM6,
\A` gK\/h
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > $3lt{ %
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 t$tsWAmiA[
!,I7 ?O
template < typename T > struct picker_maker u<x[5xH+
{ LAj}kW~
typedef picker < constant_t < T > > result; =CWc`
} ; bN]\K/
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > tWcizj;?wK
{ cPV5^9\T
typedef picker < T > result; N|bPhssFw
} ; 7sCR!0
E*Pz <
下面总的结构就有了: | pF5`dX
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。 F@B
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。 4
`j,&=
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 6\%r6_.d
至此链式操作完美实现。 4F}g(
?a*fy}A|
od;Bb
七. 问题3 d&O'r[S
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。 -7&^jP\,
?T tQZ
template < typename T1, typename T2 > vd2uD2%con
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const b5lk0 jA
{ .`:oP&9r
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 'm
} ZD$-V3e`
^vYVl{$bT
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: 3WQRN_
w:~nw;.T
template < typename T1, typename T2 > MtMvpHk
struct result_2 xC=
y^-
1
{ 3L'en
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; >lUBt5gU
} ; n$XMsl.>
7}. #Z
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? >1#DPU(g
这个差事就留给了holder自己。 lCM6T;2ID
9O(i+fM
sURUQ H
template < int Order > c#]'#+aH
class holder; j<`I\Pmv
template <> p.6$w:eV
class holder < 1 > UchALR^5
{ i{Y=!r5r
public : Z!q2F%02FO
template < typename T > AAIyr703cQ
struct result_1 ]>]#zu$=c
{ @2x0V]AI
typedef T & result; =NVZ$K OZ
} ; !=8L.^5c
template < typename T1, typename T2 > V+4k!
struct result_2 ">0/>>Ry
{ d
A_S"Zc
typedef T1 & result; WLg6-@kxXs
} ; -o=P85V
template < typename T > ~9`^72
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const r6gt9u:
{ ):|G
kSm
return (T & )r; TFiuz;*|
} 7I2a*4}
template < typename T1, typename T2 > SX1Fyy6
w
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const T! &[
{ D=5t=4^H(
return (T1 & )r1; @p9e:[
} J4Q)`Y\~
} ; /xX,
a}[=_vb}K
template <> :IP;FrcMP
class holder < 2 > $S($97IU=
{ g:~?U*f-
public : ?~]1Gd
template < typename T > .N-'; %8
struct result_1 nzQYn
{ u8{@PlS
typedef T & result; `Yo-5h
} ; ?<>,XyY
template < typename T1, typename T2 > X:xC>4]gG'
struct result_2 h%CEb<
{ cEh0Vh-]
typedef T2 & result; _D7HQ
} ; H3UX{|[
template < typename T > o2 T/IJP
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 7Ap~7)z[
{ XNkQk0i;g&
return (T & )r; vV:MS O'r
} WwCK K
template < typename T1, typename T2 > LX(iuf+l
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 4z-,M7iP
{ @'F8 |I 6
return (T2 & )r2; Oo3qiw
} `a/PIc"
} ; 1drqWI~
web8QzLLB
1 o
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> >。 MQbNWUi
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: LS2ek*FJO
首先 assignment::operator(int, int)被调用: @^XkU(m
R&x7