一. 什么是Lambda 3Jh!YzI8
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ]I[\Io 1
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, H2JKQm_
R8%%EEB
Rh,a4n?W
{~"fq.h!M
class filler Kk\TW1w3
{ n|N?[)^k
public : 8svN*`[
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} oB$c-!&
} ; \n<9R8g5
mFgrT
/iw$\F |8
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: 35KRJY#
R^?9V=Y<T
hCPyCq]
HPc~wX
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); yBl9 a-2A
)_a;xB`S(
k~XDwmt;
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 X8\UTHT&0
{ u %xc"0y
%}}?Y`/W)
0$B X8?Z
二. 战前分析 Q.MbzSgXL
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 sP~;i qk
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 3]li3B'
)qua0'y]@
+'0V6\y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); O)8$aAJ)V
/* --------------------------------------------- */ &[7z:`+Y##
vector < int *> vp( 10 ); [:gp_Z&
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ,v#O{ma
/* --------------------------------------------- */ }B ?_>0
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); .x'?&7#(
/* --------------------------------------------- */ h7kn
>q;
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); O~#A )d6
/* --------------------------------------------- */ HV=P!v6
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 1$)}EL
/* --------------------------------------------- */ >+9:31p
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); e81+as
ix_&os]L_
"9X1T]
f7b6!R;z_
看了之后,我们可以思考一些问题: :X}fXgeL
1._1, _2是什么? qH4+iSTnV
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 t"nxny9&
2._1 = 1是在做什么? 7nPjeh
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 va2FgW`Bd+
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ,*.qa0E#W
&,tj.?NCn
DEW;0ic
三. 动工 Q%:Z&lgy
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: %uz6iQaq]X
9I [k3
Ce/D[%
/V }Z,'+
template < typename T > FA{'Ki`
class assignment meYGIP:n
{ }t*:EgfI
T value; +GEdVB
public : X#o<))
assignment( const T & v) : value(v) {} -_M':
template < typename T2 > 73l,PJ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ~t<uX "K
} ; Fh4Exl@6
`Y3\R#
O4cBn{Dq9
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 sD$K<nyz
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment G2&,R{L6w
}yaM.+8.
N , ,[V
L;=3n[^x
class holder >avkiT2
{ OkMAqS
public : Gi\Z"MiBZ
template < typename T > `SA1V),~
assignment < T > operator = ( const T & t) const P2F8[o!<
{ _:>t$*
_
return assignment < T > (t); Rh%A^j@
} L]q%;u]8!
} ; 0jt@|3
dKY#Tl]
-^JPY)\R
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: A{Qo}F<*
a-lF}P\
static holder _1; OQVo4yl"
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 XUA%3Xr
'vV+Wu#[
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); JkQ\r$Y.
而不用手动写一个函数对象。 x *a_43`
y+
4#Iy
K j~!E
H"
}l&y8,[:
四. 问题分析 >DAi-`e
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。 ]GDjR'[z
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。 s@p:XO
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 4KR$s Kq$q
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Rm}G4Pq
下面我们可以对这几个问题进行分析。 \hdil`{>
;(rK^*`fO
五. 问题1:一致性 Lb?0<
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?| o(C;;C(*{
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 jW{bP_,"
XePGOw))O
struct holder >`<qa!9
{ o7^0Lo5Z?
// .LGA0
template < typename T > xyHv7u%*
T & operator ()( const T & r) const z'*{V\
{ \wR\i^
return (T & )r; bc;?O`I<
} o*3\xg
} ; -"I9`
3_>=Cv}
这样的话assignment也必须相应改动: X<H{
DT_%Rz~<
template < typename Left, typename Right > @ +a}O
class assignment *J{E1])<a
{ hxt;sQAo{
Left l; (w vU;u
Right r; Z*IW*f&0>1
public : a`zHx3Yg
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Gz4LjMQ
&
template < typename T2 >
&_-3>8gU
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Sbeq%Iwm.
} ; :\C/mT3xL)
Qn.3B
同时,holder的operator=也需要改动: }*b\=AS=
"N)InPR-
template < typename T > -j@IDd7
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ^])s\a$
{ ""m/?TZq'
return assignment < holder, T > ( * this , t); 0<##8m@F8
} J ~KygQ3%
!%B-y9\
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。 oi8M6l
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 U;*O7K=P
WXG0Z
return l(rhs) = r; s#(7D3Pr#
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。 PS0/Ok
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: %/BBl$~ji
221}xhn5
template < typename Tp > b;nqhO[f}
class constant_t P76gJ@#m
{ wr~Qy4 ny
const Tp t; S]A[eUF~
public : vQj{yJ\l1
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} TmK8z
template < typename T > ?A04qk
const Tp & operator ()( const T & r) const )\7Cp -E-W
{ 2`> (LH
return t; c:+UC
} H%Z;Yt8^gt
} ; HBs
6:[q
`R!2N4|;
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 FEX67A8/;
下面就可以修改holder的operator=了
y|NY,{:]
_Fe=:q
template < typename T > Qz"//=hC|H
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const U ,!S1EiBs
{ DiZ;FHnaG?
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); @!|h!p;
} J%
ZM
V
F5OQM?J
同时也要修改assignment的operator() N34bB>_
0.c96&
template < typename T2 > Sy<io@df
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } G&`5o*).bb
现在代码看起来就很一致了。 C
=B a|Z
@, AB2D
六. 问题2:链式操作 ~M1T
@Mv
现在让我们来看看如何处理链式操作。 0DN&HMI#
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 t3C#$>
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。 q^7=/d8
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。 9$}>O]
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct y<#Hq1
;F"Tu
template < typename T > s.XxYXR\
struct result_1 ~}SQLYy7Z
{ >GzH_]
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; T'9M
} ; qD/h/
|tz{Es<`B
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: _X@ Q`d
88 ca
template < typename T > t{ `-G*^
struct ref }=.C~f]A
{ ca,c+5
typedef T & reference; c{39,oF
} ; j 20mZ
template < typename T > )q/brCq
struct ref < T &> 2vddx<&
{ dj}P|v/;z
typedef T & reference; 07:h4beT
} ; CK_\K,xVT
G^SDB!/@J
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: NE3/>5
)bpdj,
template < typename T > AgB$
w4
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const r 5+ MjR
{ /Ao.b|mm
return l(t) = r(t); sDu&9+
} ?,C'\8'
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。 f9hH{(A
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Zm(}~C29
Uo[`AzD3
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 Ye^xV,U@
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Q8h=2YL
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 6;Mv)|FJF
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ej&o,gX
最后的布局是: :U]Pm:ivTU
Add q!q=axfMD
/ \ w( ic$
Divide 5 8^R~qpg%
/ \ `_"?$ v2F
_1 3 RLGIST`
似乎一切都解决了?不。 zE7)4!
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。 Ie8SPNY-H
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。 q~X}&}UT
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: QqcAmp
M?kXzb\O
template < typename Right > F$9+WS`c
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const cCIs~*D
Right & rt) const +!G)N~o
{ 5j _[z|W2
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); J`wx72/-ZW
} "L9pFz</
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 U]ZI_[\'U
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 5z"
X>!?^
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 "\M3||.!
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 s5X51#J#~
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 SK_N|X].
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? 0,iG9D7
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: 'o7V6KG
SV^[)p)
template < class Action > 9$%S<v
class picker : public Action cO-^#di
{ 0_t9;;y :
public : [&zSY