一. 什么是Lambda djT.
1(
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 +=8X8<Pu
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, dALK0U
A1*4*
gKL1c{BV
XKq@]=\F
class filler V2yveNz\7
{ \]Z&P,}w
public : z };ZxN
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} {TL +7kiX/
} ;
F$*3@Y
C(]'&~}(
ARx0zI%N
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: =w<VT%
n9fk,3
Q#WE|,a
(5;D7zdA
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); u3Do~RyL[
k!doIMj
5
R*lVUix
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 g 2'x#%ET
EDN(eh(_
/S/aUvN
}
gkP
二. 战前分析 Tiprdvm<
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。 ,U%=rfB~
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 6+8mV8{-8
y[:q"BB3
hNO)~rt
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Ofm5[q=
/* --------------------------------------------- */ IIaxgfhZ
vector < int *> vp( 10 ); ] SK[C"
S
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); |yAK@Hl'
/* --------------------------------------------- */ A7(M,4`6
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); E|,30Z+
/* --------------------------------------------- */ 1CiA 8
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 8&T,LNZoY
/* --------------------------------------------- */ Uk02IOXQ
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); m %Y(O
/* --------------------------------------------- */ sJ7sjrEp1
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); u 6(GM
ss;
5C:*y
OT+ Ee
\c68n
看了之后,我们可以思考一些问题: \[k%)_
1._1, _2是什么? /=trj5h
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。 SW;HjQ>V
2._1 = 1是在做什么? /p}{#DLB
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。 {,F/KL^u
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。 H`?*
bG
g 9|qbKQ:[
UnjNR[=
三. 动工 d|3o/@k
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: H%cp^G
CfY7<o1>
hU)'OKe
x?rbgsB5&
template < typename T > oc((Yo+B
class assignment [%t3[p<)O
{ _^b@>C>O
T value; ,wlbIl~
public :
N)P((>S;
assignment( const T & v) : value(v) {} _lNC<7+#h
template < typename T2 > XW^8A77H
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } j,4,zA1j|
} ; RZe#|k+
8
[]rT? -
s1Okoxh/!V
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 r/^tzH's
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 1GUqT 9)
)X~#n
2mSD"[%
,b:n1
class holder VOg/VGJ
{ .E#<fz
public : \U Ax(;
template < typename T > ;C+cE#
assignment < T > operator = ( const T & t) const 9E^~#j@Zr
{ "NJ,0A
return assignment < T > (t); -!i;7[N
} )&XnM69~b
} ; 70duk:Ri0
~c!Rx'
v;Swo("
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: tK*%8I\s
Is<x31R
static holder _1;
g;(_Y1YQ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Fgskb"k/
HgYc@P*b
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); y#&$f
而不用手动写一个函数对象。 ss/h[4h4h
p
"/(>8
.4Iw=T_
^GE^Q\&D&
四. 问题分析 B%TXw#|
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 5r^1CFO
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 7WgIhQ~
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 MRjH40"2
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ||yXp2
下面我们可以对这几个问题进行分析。 aB=vu=hF
Hde]DK,d
五. 问题1:一致性 >_&~!Y.Z=
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| wTB)v !
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 y>>vGU;
SAd97A:
struct holder 5ze`IY
{ P#w}3^
// olYPlHF
template < typename T > rn5"o8|
T & operator ()( const T & r) const os}b?I*K
{ FYp|oD2=1
return (T & )r; #L_@s
d
} Fl B, (Cm
} ; _Wm(/ +G_|
44'=;/
这样的话assignment也必须相应改动: nu;}S!J
Sg/:n,68
template < typename Left, typename Right > [SCw<<l<
class assignment 0\?_lT2
{ *eHA:
A_I
Left l; 4}.WhE|h
Right r; ,:v.L}+Z
public : .tZjdNE(h
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 8W19#?7>B
template < typename T2 > Bv2z4D4f+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } zWF
5m )-
} ; [ED!J~lg8
g,00'z_D
同时,holder的operator=也需要改动: @/CRIei
UiJ^~rn
template < typename T > )p^m}N 6M]
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const
80{#bb
{ eNIkiJ$uS
return assignment < holder, T > ( * this , t); y3&Tv
} $w|o@ Ml)
aDm-X r
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 *4(/t$)pEl
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 8vz_~p9%j
}ZEfT]
return l(rhs) = r; k)H[XpM
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。 {toyQ)C7
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: - XE79 fQ
844tXMtPB\
template < typename Tp > .yctE:n
class constant_t 1$='`@8I
{ '_q: vjX
const Tp t; qPFG+~\c
public : ;whFaQi 4
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} /3)YWFZZc
template < typename T > r*X}3t*
const Tp & operator ()( const T & r) const ,^MW)Gf<
{ AJ;u&&c4C\
return t; >>oASo
} )
xfc-Q
} ; Z$OF|ZZQ
GW>7R6i
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 H j5WJ{p.
下面就可以修改holder的operator=了 Ft%TnEp
`nd#< w>
template < typename T > % +kT
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 0[Xt,~
{ &;6|nl9;
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); <?q&PCAn^
} O?C-nw6kP
"oE^R?m
同时也要修改assignment的operator() }5o~R~H
^*cMry
template < typename T2 > @yU!sE:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } D&z'tf5
现在代码看起来就很一致了。 #lBpln9
Ie^Dn!0S
六. 问题2:链式操作 APHtJoS
现在让我们来看看如何处理链式操作。 _e:5XQ
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。 1c<CEq:?e%
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。 IS0HV$OI
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。 6mI_Q2
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 5oT2)yz
F(KH-
template < typename T > s%L"
c
struct result_1 O, ``\(P
{ <\}Y@g8
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; F653[[eQ
} ; Z!*8JaMT
DK@w^ZW6JA
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: %|D\j-~
RKoP6LGw
template < typename T > ,IT)zCpaBP
struct ref aiR|.opIb
{ "x:)$@
typedef T & reference; PBAz`y2
} ; {x&jh|f`g
template < typename T > O)U$Ef
struct ref < T &> `jUS{ 3^
{ So)KI_M
typedef T & reference; .kB3jfw0,
} ; S0Bl?XsD_
TN |{P
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ~G{$ P'[
'.h/Y/oz
template < typename T > (1elF)
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const w}bEufU+2
{ DX%8.@
return l(t) = r(t); QN}3S0
} d,oOn.n&
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。 /ie3H,2
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 <_sT]?N#
t7!>5e)C}
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 ;GSFQ:m[
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: eX
l%Qs#Y
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Z z;<P
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 -EkDG]my
最后的布局是: ,I2reG
Add Y%CL@G60
/ \ UwL"%0u
Divide 5 T24#gF~
/ \ -4^@)~Y
_1 3 Z'EO
似乎一切都解决了?不。 qs
c-e,rl
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。 #`vGg9
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='
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: mk`cyN>m
TNFm7}=
template < typename Right > }_kI>
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const [>J~M!yu:r
Right & rt) const l LD)i J1
{ Acq>M^E3
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Etr8lm E
} 6dS1\Y
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 E-U;8cOMv
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。 7Yw\%}UL
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;x&
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。 6m{$rBR
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 N>6yacTB
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? }b]y
0"
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: Yqhz(&*)
i8[Y{a*
template < class Action > @#--dOWYR
class picker : public Action =
a.n`3`Q
{ WPp\sIP
public : W$MEbf%1
picker( const Action & act) : Action(act) {} %qjyk=z+Z
// all the operator overloaded seV;f^-hR
} ; &CeF^
::72~'tw
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。 >yT@?!/Q>'
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: b} U&bFl
8.%a"sxr
template < typename Right > cA*X$j6
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Hv7D+j8M
{ v/00LR
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); X3=Jp'p$h
} Lz>{FOR
rNzhP*Fw
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > s)DNLx
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。 m6Cd^'J9^
E~@HC 5.M
template < typename T > struct picker_maker l0_E9qh-i
{ [U7,\o4w
typedef picker < constant_t < T > > result; OTHd1PSOu
} ; ^xNe Eb
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > A&lgiR*ObT
{ ,N|R/Vk$+E
typedef picker < T > result; 9oxf)pjw
} ; JHh9> .1
dj&m
下面总的结构就有了: >Hzb0N!VJ
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 t?H;iBrpxd
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 nTy,Jml
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 Qbt>}?-
至此链式操作完美实现。 ~Ow23N
rKs WS~U
?O>JtEz~lQ
七. 问题3 L\?g/l+k
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 W;g+R-
5<BV\'
template < typename T1, typename T2 > GGQ(|?w
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const =^AZx)Kwd
{ +?txGHQq
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); C\>Mt
} 3k[<4-
-5_xI)i
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: 2gR_1*|
CU^3L|f2N
template < typename T1, typename T2 > @C [|'[xQ
struct result_2 ,~?A.
5
{ iK:qPrk-
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; -L50kk>h
} ; P<JkRX
e}yu<~v_
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? }xlmsOHuI
这个差事就留给了holder自己。
D6!+
_3G)S+7#
+X(^Q@
template < int Order > 3pjYY$'
class holder; Jas|P}{=fT
template <> {)gd|JV*
class holder < 1 > l3#dfW{
{
M9jo<+
public : -/2$P
template < typename T > 3b[+m}UWQ
struct result_1 D!$ =oK
{ Vyq<T(5
typedef T & result; ,u^0V"hJ
} ; #|1QA3KzO
template < typename T1, typename T2 > =y]b|"s~2
struct result_2 R9-JjG2v
{ eh/OCzWH
typedef T1 & result; ]S aH/$
} ; pV|?dQ
template < typename T > $M<