一. 什么是Lambda ?>o|H-R~5Z
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 wZ =*ejo
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, / :@X<
Luu.p<
#sp8 !8|y
66s h r
class filler ,2_!hm/
{ @je vY81)
public : %oEvp{I
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} /0I=?+QSo
} ; ~`Xu6+1o
\mp5G&+/Q
[xsiSt?6
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: iKN800^u
4 Z<
/C)FS?=
X mX
.)h'Y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); G@;I^_gN
PFnq:G^L
;Q} H'Wg,
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 4Gm (P~N
N:Zf4
K+s
xO/}h
8cyC\Rs
二. 战前分析 =)Q0=!%-
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。 Fq9>t/Zj
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 ;0`p"T0
N`%f+eT(
]w[T_4l
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); [e+$jsPl
/* --------------------------------------------- */ fnm:Wa|,%|
vector < int *> vp( 10 ); IB+)2 `
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); vs~lyM/
/* --------------------------------------------- */ r 2L=gI
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); E)7ODRVbl
/* --------------------------------------------- */ Co#_Cyxg=9
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); #yVMC;J?W
/* --------------------------------------------- */ /i)1BaF
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); k|c=O6GO
/* --------------------------------------------- */ %[C-KQH
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); X}gnO83
4C{3>BE
vAMr&[
jL[
hB
看了之后,我们可以思考一些问题: Y2,\WKa
1._1, _2是什么? $"&U%3
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。 aY7.<p*a
2._1 = 1是在做什么? hMiuv_EO!
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。 b_JW3l
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。 U\Hd?&`9gz
SZm)`r\A
>av.pJ(>
三. 动工 ';z5]O~
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: -'OO6mU
H^no&$2`1
GxIw4m9
!bi}9w
template < typename T > 9k@`{+wmZ
class assignment on q~wEr
{ cOr@dUSL
T value; SAEV "
public : `b{.K,
assignment( const T & v) : value(v) {} $q6'VLPo
template < typename T2 > =':,oz^|
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } }@V,v[&e
} ; dn1Tu6f;|
U0M>A
HjFY>(e
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ~?c}=XL-
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 5E+k}S]M$
KQ x<{-G6
:a4FO
F& 'HZX
class holder Um$a9S8b&
{ ymsqJ
public : }bs2Rxkh
template < typename T > cCj pQ
assignment < T > operator = ( const T & t) const m9Uoq[1
{ D?w-uR%Y
return assignment < T > (t); drQioH-
} d[9NNm*htC
} ; (1vmtg.O
CKTD27})
X; gN[
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: G"BoD 5m
):_x
static holder _1; d%istFL)
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Z0~}'K
995^[c1o6
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ,K'}<dm|x
而不用手动写一个函数对象。 Lu~e^Ul
e<p_u)m
S %"7`xl
)pVxp]EI
四. 问题分析 [\ JZpF
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 A/U tf0{3"
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 n]B)\D+V^
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 N[$(y}
!s
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 T_}\
下面我们可以对这几个问题进行分析。 rwxJR@Ttn
fuH Dif,
五. 问题1:一致性 XKsG2>l-W
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?| Zv=p0xH
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ]'aGoR
-BV&u(
struct holder "z }bgy
{ /Ki :6
// FVsNOU
template < typename T > z^4\?R50yO
T & operator ()( const T & r) const ^yRCR] oT
{ WPE@yI(
return (T & )r; ubhem(p#
} oh;F]*k6
} ; b>%I=H%g
EMH?z2iGd
这样的话assignment也必须相应改动: `.dTkL
@T1>%oi
template < typename Left, typename Right > p;n )YY$
class assignment U6=m4]~Z
{ e<^tY0rR&
Left l; 0nAeeVz|
Right r; Iw"?%k\U
public : H[x 9 7r
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ji(S ?^
template < typename T2 > 4(JxZ49
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } .)Se-'
} ; r _r$nl
q9Y0Lk
同时,holder的operator=也需要改动: UhCd,
E"Xi
template < typename T > ,ASY
&J5)7
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const =]E1T8|
{ 4PUM.%
return assignment < holder, T > ( * this , t); T6H"ER$
} iA ZtV'VQ)
vS<;:3
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。 !wrl.A/P
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Dz)bP{iq"
bi^LpyEn
return l(rhs) = r; i6m;2 UAa
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。 U(./LrM05
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: xDr
*|d
1'_OM h*;
template < typename Tp > t*Q12Q
class constant_t fWm;cDM
H
{ PfrW,R~r
const Tp t; JsPuxu_
public : kd\G>
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} .yWdlq##
template < typename T > Fr%KO)s2
const Tp & operator ()( const T & r) const uR"]w7=
{ +[2lS54"W4
return t; `bC_J,>_
} u gfV'
} ; A)7'\JK7b
dbZPt~S'$
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Q|G[9HBI
下面就可以修改holder的operator=了 '`o+#\,b^%
m@c2'*&Y
template < typename T > ;pB?8Z
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const #3CA
{ h V8A<VT
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Pq4sv`q)S
} SyYa_=En
_ve7Is`/
同时也要修改assignment的operator() -`?V8OwY]
d'-^VxO0
template < typename T2 > Dkdm~~Rr
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } hG;u8|uT^i
现在代码看起来就很一致了。 V
u!,tpa.
AARhGx|L<
六. 问题2:链式操作 wOk:Q4OjL
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Yp
?
2<
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。 |R[m&uOib
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。 H{GbOI.
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。 cL
WM]\Y
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 9Pb0Olh
uPp(l4(+
template < typename T > ohh 1DsB
struct result_1 OQsH,'
{ =q"3a9pb7
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Ahebr{u
} ; X>wQYIi
ss2:8up 99
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: 6% ,Q
Y.C*|p#
template < typename T > LQQhn{[D
struct ref ):[[Ch_
{ (?3(=+t
typedef T & reference; ?NwFpSB2
} ; Q%>,5(_V]
template < typename T > r-V./M@L
struct ref < T &> l;;:3:
{ W.CIyGK
typedef T & reference; eeX)JC0A
} ; (p2a{v}fEz
-J6}7>4^8}
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: g+CHF?O
}gn0bCJy
template < typename T > <=`@`rm{
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const F%|(pHk
{ x-W0 h
return l(t) = r(t); C'$U1%:
j
} CRf^6k_;(
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$8V~8D
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 lubS{3<
7)]G"m{
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 A6Qi^TI
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: GS^4tmc
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 l-npz)EM
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ~>EVI=?
最后的布局是: >]`x~cE.5
Add OL=b hZ
/ \ 9!OpW:bR|
Divide 5 KG?]MVXA
/ \ D *tBbV
_1 3 5u!cA4e"
似乎一切都解决了?不。 doa$
;=wg
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。 Q7s1M&K
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。 {%$=^XO
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: mU_O64
%SE g(<