一. 什么是Lambda )(ImLbM)
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 | N[<x@
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, 8,C*4y~
y~q8pH1
T)H{
0`X]o'RxS
class filler $,,op(
{ Jtr"NS?a]
public : IF44F3(V4
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} syaPpM
Q-
} ; j`~Ms>
tasUZ#\6
_F$aUtb%O
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: V:VO[e<e
mj9 <%P
n[G &ksQI
Dey<OE&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ]Q>.HH
5@+,Xh,H|t
"|q qUKJZ
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 J|~MC7#@q
CF?1R
6)Y.7 XR
Jl#%uU/sx
二. 战前分析 &Low/Y'.jJ
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。 B?'#4J
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 ykV
5
.J)I | '
-jb0o/:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); _qw?@478
/* --------------------------------------------- */ 7"20hAd
vector < int *> vp( 10 ); %oZ6l*
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); pe] A5\4c
/* --------------------------------------------- */ :,'wVS8"]
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); SYCEQ5
-
/* --------------------------------------------- */ KH(%?
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); GP?M!C,/}k
/* --------------------------------------------- */ +a^nlW9g
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ;7?kl>5]
/* --------------------------------------------- */ ]rWgSID
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); VUPXO
ow_W%I=6
JtEo'As:[
lI *o@wQg
看了之后,我们可以思考一些问题: mS(fgq6
1._1, _2是什么? }<@b=_>S
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。 Z4S!NDMm~
2._1 = 1是在做什么? mz,
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。 bwD,YC
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。 \m(VdE
gy#/D& N[
gW>uR3Ca4
三. 动工 x=b7': nQ
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ?OcJ)5C4
:=u?Fqqws
sz:g,}~h
M+U9R@
template < typename T > L ^q""[
class assignment 5ymk\Lw
{ =Xi07_8Ic<
T value; =Je[c,&j$?
public : =]6%G7T
assignment( const T & v) : value(v) {} 7
n8"/0kc:
template < typename T2 > , w{e
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } B8": 2HrW$
} ; 41`n1:-]
(s.0PO`
8K:y\1
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 )'l:K.F
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment em,u(#)&
\-h%O
jf4
TE3lK(f
&"yx<&c}
class holder 'u *DA|HC
{ U'H$`$Ov
public : B3We|oe !
template < typename T > 3{'Ne}5%I
assignment < T > operator = ( const T & t) const >3p\m
{ \pPY37l
return assignment < T > (t); &dqLP95
} .~~nUu+M
} ; f(/lLgI(
zQcL|(N
SIBtmm1W
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: CAfGH!l!
^uKwB;@
static holder _1; g%sluT[#
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 +ieY:H[
3O,+=?VK
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 2;k*@k-t
而不用手动写一个函数对象。 \hTm)-FP
|n2qVR,
&v56#lG
e|)hG8FlF
四. 问题分析 GzhYY"iif#
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。 nCUg,;_=
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。 6.sx?Y YM
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 /a{la8Ni
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 joFm]3$;
下面我们可以对这几个问题进行分析。 <^VJy5>
?M8dP%&r
五. 问题1:一致性 6/5YjO|a
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?| Y\D!/T
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。
9Vg?{v!yn
$Ipg&`S"
struct holder RiDJ> 6S
{ d(\%Os
// (7vF/7BZ|_
template < typename T > \K5DOM "#
T & operator ()( const T & r) const @P#N2:jwj
{ =m!-m\B/
return (T & )r; ?qP7Y nl
} 1a?!@g)
} ; M||+qd W!
)Q=_0;#;k
这样的话assignment也必须相应改动: B;M?,<%FRU
IoxgjUa
template < typename Left, typename Right > bn#"?6Z2
class assignment _tiujP
{ y=fx%~<>
8
Left l; CnU*Jb
Right r; iJ-23_D
public : {o)L c6T8s
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ERUz3mjA/
template < typename T2 > /$ w%Q-p
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } y0Fb_"}
} ; 0g
+7uGp:
{Bk[rCl
同时,holder的operator=也需要改动: )SaGH3~*C
hcgMZT!<5
template < typename T > rxe>}ZO
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ],>@";9u"
{ $ZUdT
return assignment < holder, T > ( * this , t); ot,jp|N>f~
} SbND
Y{5RO
:WjpzgPuN
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 K`yRr`pW
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 .!Qki@
{}>0e:51
return l(rhs) = r; Z)e/!~""]
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 A^nvp!_
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: !-z'2B*:^
4~ q5,^kgB
template < typename Tp > %d1,a$*3}
class constant_t g%ndvdb m
{ &x=.$76
const Tp t; ."TxX.&HE
public : Nu0C;B66
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 0QBiC]9
template < typename T > 1[mXd
const Tp & operator ()( const T & r) const -0d0t!
{ 9?A)n4b;
return t; ~De"?
} 9"@\s$
OBk
} ; fsmN)_T
kj|6iG
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 A|CmlAW~^
下面就可以修改holder的operator=了 5 z~1Dw
Eav[/cU
template < typename T > Z_PNI#h*
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const =4vy@7/
{ K#l:wH_
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ~<P
0]ju
} efSM`!%j
o=u3&liBi
同时也要修改assignment的operator() G
!<Z.]
PUz*!9HC
template < typename T2 > n?oW < &
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Zvhsyz|
现在代码看起来就很一致了。 'UkxS b
BmBj7
六. 问题2:链式操作 Xk:OL,c
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Y}@&h!
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。 NnO~dRx{
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。 KMt`XaC9e
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。 <i<J^-W
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct F^l[GdUosK
i}b${no
template < typename T > !y#"l$"xK
struct result_1 Z<U6<{b
{ h,QKd>4:CF
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; vrl;"Fm+
} ; s|@6S8E
3sc+3-TF
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: 5Y?L>QU"
9K/HO!z
template < typename T > "vA}FV%tRq
struct ref =6xrfDbN8
{ 8][nmjk0
typedef T & reference; ?=>+LqP
} ; ;g8R4!J
template < typename T > siXr;/n"
struct ref < T &> BW-`t-,E;
{ VzBqjE_
typedef T & reference; |\w=u6jX
} ; X(!Cfb8+5
=5aDM\L$&
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: hhb?6]Z/
n-5W*zk1
template < typename T > Fd#?\r.
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const mt9.x
{ Pf*^ZB%
return l(t) = r(t); qd+h$ "p
} W>!_|[a
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。 2#o>Z4 r{
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 $m7?3/YG
jATI&oX
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 cbeLu'DWB.
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: #u2J;9P
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 yPM3a7-Bm
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ]FD'5p{
最后的布局是: t'9*R7=
Add ~SQ?BoCI[
/ \ N03G>fZ
Divide 5 R,)}>X|<
/ \ Xm+8
_1 3 'iy*^A `Y
似乎一切都解决了?不。 Nb?w|Ne(T
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。 CxGx8*<X
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。 *ohL&