一. 什么是Lambda HNu/b)-Rb
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 :$lx]
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, "hdcB
0
e/'d0Gb-
h/W@R_Y
wz3BtCx
class filler :''^a
{ ~m2tWi@
public : "9:1>Gr{G
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} #XE`8$
} ; E=+v1\t)]
a=>PGriL
ZaBGkDX5
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: 3iMh)YH5b
sg RY`U.C
6&5p3G{%0
I4.^I/c(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); x'tYf^Va28
n$i}r\
so
bX23F?
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 \#Ez["mD
t:X\`.W
]{;=<t6
?{ns1nW:
二. 战前分析 dOh`F~
Y)e
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 EW7heIT$
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 tQ=M=BPZ
;"l>HL:^
t&MJSFkiA
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Z<T%:F
/* --------------------------------------------- */ {B8W>>E
vector < int *> vp( 10 ); SO^:6GuJ
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); N,6(|,m
/* --------------------------------------------- */ $\h\,N$y
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); zcnp?%
/* --------------------------------------------- */ [xXa3W
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ="hh=x.5J
/* --------------------------------------------- */ R`sU5 :n
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); >jMq-#*4
/* --------------------------------------------- */ i'aV=E5
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); aVcQ
\WKly
Y).5(t7zaR
{W*_^>;K
看了之后,我们可以思考一些问题: H.cN(7LXm
1._1, _2是什么? xO"fg9a
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。 gIa/sD2m>
2._1 = 1是在做什么? ?$T!=e"
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 c~bi
~ f
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 tp"dho
%QH "x`;
qP@d)XRQ
三. 动工 ^o^[p %
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: IMjz#|c
#Ux*":
%5.aC|^}
,5J-C!C
template < typename T > rjqQWfShY
class assignment p w(eWP
{ r6k0=6i
T value; xLhN3#^m
public : S3EM6 `q'
assignment( const T & v) : value(v) {} 4Rj;lAlwB
template < typename T2 > s}yJkQb
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } #~<cp)!3
} ; @=4K%SCw
Q[?O+
\l)<NZ\
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ODa+s>a`^
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment [^sv.
X-,scm
3{OY&
,Yx"3i,
class holder
L7oLV?k
{ |L|)r)t
public : CGmObN8~'F
template < typename T > M\\t)=q
assignment < T > operator = ( const T & t) const 49.
@Uzo
{ 1haNca_6,
return assignment < T > (t); <5rs~
} #m
yiZL%
} ; U^+xCX<
wc@X:${
}NX9"}/
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: P5
fp!YF
/Xa_Xg7
static holder _1; ^Qrezl&
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 *j9{+yO{ZE
FgA'X<
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); )c~1s
而不用手动写一个函数对象。 /HCd52
rw>X JE
1HOYp*{#wP
2E]SKpJ
四. 问题分析 EAiE@r>4
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。 sbnNk(XINQ
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-|hvv5g
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 M->/vi
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ={_.}
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ND);7
Np$peT[
五. 问题1:一致性 ':al4m"
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?| kT|{5Kn&s
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 x0aPY;,N0
0a<:.}
struct holder ?1%/G<
{ 8z,i/:
// :5 XNV6^|
template < typename T > v4_p3&aj
T & operator ()( const T & r) const NR3]MGBKv
{ 2BTFK"=U
return (T & )r; Vf?+->-?{
} cspO5S>#
} ; 8I=n9Uyz
bpq2TgFj
这样的话assignment也必须相应改动: o#(z*v@
ki/xo^Y2<
template < typename Left, typename Right > +)8,$1[p|
class assignment jY^wqQls
{ 88c-K{}3
Left l; 2de[ yz
Right r; F3k]*pk8w
public : <
H1+qN=]`
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} eK]g FXk
template < typename T2 > &+t! LM
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } gcLwQ-
} ; MD ETAd
\)H}
同时,holder的operator=也需要改动: NpS*]vSO
V?KACYd@O
template < typename T > 8NY$Iw
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 9rhIDA(wc
{ N^,@s"g
return assignment < holder, T > ( * this , t); kz4d"bTb
} Be?b|
G!M
{P'TtlEp
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 tnx)_f
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 'k|?M
v9Kx`{1L
return l(rhs) = r; "YIrqk
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 \;"$Z9W
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Bvbv~7g(
'EsN{.l?
template < typename Tp > n,KOQI;
class constant_t F_8<
tA6
{ .}KY*y
const Tp t; 8J60+2Wa
public : #ma#oWqF }
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} +h!OdWD9
template < typename T > jVh I`F{n
const Tp & operator ()( const T & r) const {/f\lS.5g
{ V0'T)
return t; *Q=3v
} iTb k]$
} ; wSrq?U5q
}(}+I}&~
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 zj G>=2
下面就可以修改holder的operator=了 We^!(G
dV{N,;z
template < typename T > M>Yge~3
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const :H}a/ x*ur
{ D9OI",h
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); "wk~[>
} u_0&`zq
ppv/A4Kv
同时也要修改assignment的operator() Fi8'3/q-^
`Qzga}`"]
template < typename T2 > [Xy^M3
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Q~/TqG
U
现在代码看起来就很一致了。 $@8$_g|Wz
ujF*'*@\
六. 问题2:链式操作 l=jfgsjc
现在让我们来看看如何处理链式操作。 &?.k-:iN
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。 E_VLI'Hn?
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。 4JlB\8rc
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。 l.tNq$3pS
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct yHvF"4]
6>I{Ik@>
template < typename T > 7_ $Xt)Y{
struct result_1 H^Th]-Zl
{ n}8J-/(|+
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; E1,Sr?'
} ; ~=W|I:@
#N`~.96
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: zP\n<L5
idL6 *%M
template < typename T > G]q1_q4P1?
struct ref XwlAW7lU=
{ <OG rC .k}
typedef T & reference; cE7xNZ;Bh
} ; FB<#N+L\
template < typename T > zB 6u%u WR
struct ref < T &> }P[xZ_S1
{ kNX"Vo]1
typedef T & reference; :*GLLjS;
} ; igNZe."V
E;l|I
A/7
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: [qhQj\cK
~T<yp
template < typename T > EC6)g;CO
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const kj(Ko{
{ ,3^gB,ka
return l(t) = r(t); EYc, "'
} "tuBfA+f
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 11Kbj`sRZ
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 *&VH!K#@{
u(ep$>[F#_
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 chjXsq#Q^
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: -eKi}e
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 &Nx'Nq9y
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 & i,on6
最后的布局是: B7"/K]dR:
Add ?`+46U%
/ \ P.bBu
Divide 5 klC;fm2C
/ \ ["|' f
_1 3 #*^vd{fl
似乎一切都解决了?不。 =3rPE"@,[
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。 oiP8~
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。 VV/6~jy0
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: lSw9e<jYO
q'kZ3G
template < typename Right > Rpit>
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const cr!6qv1
Right & rt) const n-m+@jR z
{ nZ?BCO
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); {3=\x
} MB423{j
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 w*.q t<rH)
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。 Yk',a$.S
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。 !,}W|(P)
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。 Ux_ tHyc/
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。 :+;AXnDM~
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? y74Ph:^k
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: b>|3?G
e(/~;"r{
template < class Action > }V.Wp6"S
class picker : public Action ZA@QP1
{ =j[zMO
public : !a&@y#x
picker( const Action & act) : Action(act) {} fm2,Mx6
// all the operator overloaded 5>.)7D%
} ; [uxhdR`T
DXPiC[g]
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。 ,: X+NQ
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: /{pVYY
S4]}/Imn)
template < typename Right > 9g3J{pKcZ
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const YDBQ6X
{ yYmV^7G
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); X+;F5b9z
} xEBiBskd
6
W/S?F~{
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > @-dM'R6C
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。 FoM4QO
\tFg10
template < typename T > struct picker_maker mQt';|X@
{ %1ofu,%
typedef picker < constant_t < T > > result; 6x KbK1W
} ; }>vf(9sF`
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > et";*EZJX
{ ,<$6-3sC-
typedef picker < T > result; ;2"#X2B
} ; l1^/Q~u
t59"[kQ
下面总的结构就有了: j.MpQ^eJ7
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。 8%s^>.rG
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。 t ZUZNKODW
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 B<