一. 什么是Lambda :*l\j"fX5
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 =NK'xPr
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, 0#Q]>V@rO4
$LU|wW
Mz)
r'
+WR'\15u
class filler :zfMRg
{ RcR-sbR
public : D&N3LH
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Q0ezeo
} ; 0iMfyW:
C^]UK
^{8CShUCv
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: i(# Fjp
hf)RPG&
N /2WUp
CAA3-"Cwi
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Y!(w. G
IY}GU 2#
%6V=G5+W
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ,( hP /<
vON7~KA
#~|esr/wf
Mac :E__G
二. 战前分析 `09[25?
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 eXLdb-
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 &=Y%4vq
5Tidb$L;Du
fo9V&NE
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); `J{{E,y
@
/* --------------------------------------------- */ h,fahbH-
vector < int *> vp( 10 ); }U%E-:
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); `B3YP1
/* --------------------------------------------- */ o/RGz PR
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ^#w9!I{4.
/* --------------------------------------------- */ JV2[jo}0N
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); PI*Z>VE?
/* --------------------------------------------- */ s9u7zqCF
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); (r<F@)J
/* --------------------------------------------- */ & )-fC
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); C}o^p"M*B3
b!EqYT
0*uJS`se6Z
-)ri,v{:c
看了之后,我们可以思考一些问题: ']X0g{%
1._1, _2是什么? m[N&UM#
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。 q.ppYXJUXi
2._1 = 1是在做什么? `+ Mva
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。 kZ^wc .
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。 UG]5Dxk
W,t`DMC
ej(w{vl
三. 动工 vL;=qkTCQ
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: z3 fU|*_c
TPZ^hL>ao
ufA0H
J)Yg
7Z81+I|&8
template < typename T > G1,u{d-_
class assignment |;C;d"JC2
{ 4J[csU
T value; Pn}oSCo
public : Qeq=4Nq
assignment( const T & v) : value(v) {} RHt~:D3*
template < typename T2 > BJZGQrsz
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } T(kG"dz
} ; p|)j{nc
gF~
}
0}Qd
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 fAT
M?
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment _oU~S$hO
t..@69
HhTD/
iSMVV<7
class holder B@vup {Kg
{ @Y6~;(p
public : 'sjks sy.3
template < typename T > 3"6-X_
assignment < T > operator = ( const T & t) const R
<u\
-
{ Xpmi(~n
return assignment < T > (t); 4?x$O{D5?{
} &y2DI"Ff
} ; x Sv@K5"8!
UzkX;UA
l_&T)Ei
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: ?d)eri8,
YQ}IE[J}v
static holder _1; ?)/H8n
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 +|O&k
? ,!C0t s
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); qd
[Z\B
而不用手动写一个函数对象。 X5P1wxk'
RJOyPZ]
P76QHBbl
k8ymOx
四. 问题分析 VZU@G)rd
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。 wOl]N2<
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。 iM{aRFL
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 h{VGhkU9f
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 pW2-RHGJY
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ].
^e[v6
'n!Sco)C
五. 问题1:一致性 5'"9)#Ve
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?| #tt*yOmiH
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 |w`Q$ c
?OWJ UmQ
struct holder =Wl}Pgo!
{ fh}j)*K8
// X>rv{@K bL
template < typename T > K1fnHpK
T & operator ()( const T & r) const -Wl79lE
{ KrD?Z2x
return (T & )r; (wEaw|Zx
} G~\=:d=^,`
} ; (fnp\j3w
f.u+({"ql
这样的话assignment也必须相应改动: _i1x\Z~
N
>z69r0)>
template < typename Left, typename Right > -$kAWP8P4
class assignment O8w|!$Q.
{ @EB2I+[
Left l; Ha20g/UN.
Right r; *Q2}Qbu
public : Ceak8#|4
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} |jyoT%SQ
template < typename T2 > sJ)Pj?"\?
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } g
E;o_~
} ; Q.L.B7'e7
z]
teQaUZ
同时,holder的operator=也需要改动: R9lb<`
Z\*jt B:
template < typename T > co%-d
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 6"Rw&3D?
{ +d,Z_ 6F
return assignment < holder, T > ( * this , t); si3@R?WR6*
} =G%L:m*
XVkCYh4,
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。 Kh2!c+Mw
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 );5H<[
kG$U
return l(rhs) = r; la[>C:8IG
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。 dn@_\5
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: "~/O>.p
$23dcC*hI
template < typename Tp > $|bdeQPr\
class constant_t &>%9JXU
{ xc6A&b>jI
const Tp t; H)l7:a
public : I Z{DR
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} l^E)XWd
template < typename T > c0u1L@tj
const Tp & operator ()( const T & r) const "AUHe6Yv
{ .=<<b|
return t; ?mJ&zf|B8
} M[7$cfp-Y~
} ; !qF t:{-h
?_bzg'
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 V`XtGTx
下面就可以修改holder的operator=了 +LsACSB
w [7vxQ!-
template < typename T > {pyTiz#JY
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const B`<K]ut
{ ?hS&OtW
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); $z5
} eJwHeG
*3]_Huw<
同时也要修改assignment的operator() vX/("[
b;%>?U`>p
template < typename T2 > :927y
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } &pZncm
现在代码看起来就很一致了。 RYuR&0_{
d/Y#oVI
六. 问题2:链式操作 ,@4~:OY
现在让我们来看看如何处理链式操作。 %uy5la
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 24Uvi:B?~
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 6#DDMP8;I
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 X{G&r$
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct #1oyRD-
5'zD}[2
template < typename T > ErXzKf
struct result_1 u</LgOP`-
{ <P1yA>=3`
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; :M
_N
} ; 8%Hc%T[RnT
lLi)?
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: K)[DA*W
%{HeXe
template < typename T > K]c\3[vR
struct ref 8*Ke;X~N
{ |g,99YIv>
typedef T & reference; Js}1_K
} ; ni`uO<\U
template < typename T > RJk4 2;]
struct ref < T &> nBJ'ak
{ Uon^z?0A
typedef T & reference; ?0J&U4
} ; c$#7Kp4
rK} =<R
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: #$0*Gd-N
!}PZCbDhL
template < typename T > BMs?+
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const b:t|9FE%
{ j;SK{Oq
return l(t) = r(t); ,A9_xdv5
} '
>R?8Y
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。 x,: DL)$1
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 5~GH*!h%;
,zVS}!jRhy
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 ]m<z
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: >&%#`PKT
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 VtnVl`/]
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 PJ3M,2H1b.
最后的布局是: '4"c#kCKL
Add ;nbV-<e
/ \ _`.Wib+
Divide 5 -"uOh,G}
/ \ ~KP@wD~
_1 3 6%L#FSI
似乎一切都解决了?不。 s&7TARd
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。 (bp4ly^
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。 V
0z`p"
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: hAU@}"=G
n4InZ!)
template < typename Right > / ?Hq
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const t0.71(
Right & rt) const =M9;`EmC
{ Tnoy#w}Ve
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); s
a{x.2/o}
} ex6QHUQ
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 4@r76v}{
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。 -BcnJK0
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。 hg2UZ%
Y
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。 /(8"9Sfm
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。 ~yiw{:\
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? t Z@OAPRx
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: =*{Ii]D
J_ 7#UjGA,
template < class Action > 21[=xboU
class picker : public Action =z!/:M
{
*I.eCMDa
public : EGVS8YP>h
picker( const Action & act) : Action(act) {} V 5D8z
// all the operator overloaded p^k*[3$0
} ; DT3"uJTt
d<RJH
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 K_F"j!0
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: mO2u9?N
~9Qd83`UH
template < typename Right > Q zp!)i
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ?Ta<.j
{ I%l2_hs0V
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); x>tsI}C
} @%jY
c 5 `74g
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > XhUVDmeUMb
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 [>KnMi=o)
=q}Z2 OoYh
template < typename T > struct picker_maker Rj3ad 3z'E
{ KAgxIz!^-1
typedef picker < constant_t < T > > result; |$g} &P8;
} ; *!pn6OJ"Q}
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > OwPXQ 3S
{ De2$:?
typedef picker < T > result; w=FU:q/
} ; ^l<!:SS
-S#jOr
下面总的结构就有了: mt~E&Z(A
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 E24j(>
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 i.{.koH<
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 Rn)fwGC
至此链式操作完美实现。 \5}*;O@
_2hZGC%&E
@z^7*#vQv
七. 问题3 U/-k'6=M
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。
KL./
gC(@]%
template < typename T1, typename T2 > 2fg
P
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const UF$O@l
{ "7eL&
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 7AlL,&+
} dQ_hlx!J
(|>rDk;
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: izzX$O[=:
Tgl >
template < typename T1, typename T2 > R90#T6^
struct result_2 V|~o`(]
{ @}2EEo#
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 51tZ:-1!
} ; |{JI=$
Shv$"x:W
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? Ckc5;:b&m
这个差事就留给了holder自己。 kj6H+@
{
#lO ^PK
O`5h jq#
template < int Order > +cM~|
class holder; h^
K]ASj
template <> = WHI/|&
class holder < 1 > f[
KI
T
{ ZL:SJ,C
public : 6AoKuT;
template < typename T > ^$X|Lq
struct result_1 {u+=K-Bj
{ ym+Ezb#o
typedef T & result; j#xGB]
} ; ~nb(e$?N
template < typename T1, typename T2 > m2P&DdN[
struct result_2 T0~~0G)k
{ @1xIph<z
typedef T1 & result; z{&