一. 什么是Lambda T!Nv
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 =fK6P6'B
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, v,d'SR.
/wU4^8Hz
M`p[ Zq
w\y)
class filler <op|yh3Jkk
{ w7Ij=!)
public : 11?d,6Jl
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} #oJ%i+V
} ; =[LUOOR*]
8 `}I]
Ru@ { b`
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: -8Hv3J'=
n!&F%|o^^
vP'#x
nrKir
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); +g&M@8XO&
Vp1Ff
s'/ZtH6>C
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 RC!9@H5S#
cs?IzIQ
ET;-'vd
''H;/&nDX
二. 战前分析 t5k=ngA
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。 p4vX3?&1W
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 <Yn-sH
l7#2
e ORm
5xhYOwQBo
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); R5=M{
/* --------------------------------------------- */ 6"yIk4u:
vector < int *> vp( 10 ); Y2$xlqQd"
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); $S/EIN c
/* --------------------------------------------- */ ZuT5}XxF
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 7 )*q@
/* --------------------------------------------- */ #|K5ma
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); |O{kv}YZ
/* --------------------------------------------- */ xE-
_Fv9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); '?1g_C QsS
/* --------------------------------------------- */ LoW}!,|
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); <Aqo[']
e \.
r*UE>_3J
`t>:i!s/
看了之后,我们可以思考一些问题: X*t2h3"}
1._1, _2是什么? -nqq;|%
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 <3laNk
2._1 = 1是在做什么? ]/7#[
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 auAwZi/
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 [D2<)
2 }rYH;Mx
:{%~L4$HI
三. 动工 ('+C $
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: BBa!le9P
{R?VB!dR
")9jt^
H3+P;2{
template < typename T > A`*Sx"~jdx
class assignment :@~mN7O*
{ byPqPSY
T value; \?vn0;R4
public : !d&SVS^mo
assignment( const T & v) : value(v) {} y>0Gmr
template < typename T2 > FiKGB\_]
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } |Q$Dj!!1P
} ; bzh:
)!Zm*(
Mp06A.j[
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Z6#(83G4
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 4A)_D{(SH
_Uhl4Mh
rC6@
]
L,sFwOWY
class holder !-4VGt&c,
{ o
@nsv&i
public : 0(Hzh?t_
template < typename T > <sG}[:v
assignment < T > operator = ( const T & t) const dst!VO:
M
{ *2
~"%"C
return assignment < T > (t); p21li}Iu
} n(
zzH
} ; t@jke
q^6l`JJ
x!fgZr{
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Esf\Bo"
EP{/]T
static holder _1; (#nB90E{*
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 M:oZk&cs
f=-R<l
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); /|@~:5R5H
而不用手动写一个函数对象。 "Fz1:VV&
1ezBnZJg
T3PwM2em_`
d?aZk-|c
四. 问题分析 tNljv >vI
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ])?[9c
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ZUS06#t}
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 m}'!W`<
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ppnl bL^*
下面我们可以对这几个问题进行分析。 + aWcK6
P?+
VR=t
五. 问题1:一致性 r%%@~ \z
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| @ssT$#)$!
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 /]2I%Q
|d=GAW
v
struct holder ut.tf \c
{ 95Q^7oI
// l_pf9!z
template < typename T > #lF 2qw
T & operator ()( const T & r) const G4uA&"OE
{ ,;n[_f
return (T & )r; 4jC7>mE
} >XW-W
} ; B^C5?
mt4X
这样的话assignment也必须相应改动:
czH# ~
4c<\_\\ck
template < typename Left, typename Right > )\J~KB4
class assignment T1;>qgp4b
{ NMESGNa)z
Left l; 9]:F!d/
Right r; eQ<GNvm
public : .M0pb^M
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} bSa]={}L(
template < typename T2 > dw%g9DT
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } @#yl_r%
} ; 0@RVM|
=b>e4I@
同时,holder的operator=也需要改动: w@H@[x
K;]Dh?
template < typename T > 9&{HD
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const PNH>LT^
{ M6y|;lh''c
return assignment < holder, T > ( * this , t); 'r rnTd c
} AI-ZZ6lzR
VP*B<u
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 kNX8y--
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 b^"mQ
qyjVB/ko
return l(rhs) = r; g|M>C:ZT
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 q siV
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: z&z5EtFUTh
e^v\K[
template < typename Tp > #JR$RH
class constant_t `bWc<4T
{ iYGa4@/uM
const Tp t; r|y\FL
public : B?ipo,2~{
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Nzb=h/;
template < typename T > umt(e:3f5
const Tp & operator ()( const T & r) const -/_hO$|W
{ le6eorK8
return t; 8L[\(~Zf
} #4V->I
} ; 7A{Z1[7
f;!L\$yKy
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 .Dy2O*`
下面就可以修改holder的operator=了 o1H6E1$=
B/B`=%~5_^
template < typename T > H%ScrJ#V
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Nx!7sE*b$1
{ ,My'_"S?
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t));
p4P"U
} MRzY<MD
yO@@-)$[y
同时也要修改assignment的operator() &D&U!3~(
Rp>%umDyL
template < typename T2 > j{@li1W@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ~xcU6@/
现在代码看起来就很一致了。 h<7@3Ur
zrwzI+4
六. 问题2:链式操作
zuF]E+
现在让我们来看看如何处理链式操作。 lU`t~|>r+
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。 ,M
:j5
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。 p{&o{+c
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。 K14v6d
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct +9M";'\c
%K0Wm#)
template < typename T > jVna;o)
struct result_1 7?8+h
{ Ym2Ac>I4
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; )Jh:~9L%='
} ; tO3#kV\,
IV%Rph>d
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: z }Vg4\x&
0|,Ij$
template < typename T > 67U6`9d
struct ref lInf,Q7W
{ [buLo*C4:
typedef T & reference; +kq+x6&
} ; fFXnD
template < typename T >
9&s>RJ
struct ref < T &> J2k4k
{ sIRfC<
/P
typedef T & reference; vZPBjloT!.
} ; =+H,}
Dy{lgT 0k
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: :W$-b
-4obX
template < typename T > 2` Ihrz6
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const k|$?b7)"@
{ bpa'`sf
return l(t) = r(t); 6cOlY=
bn
} m14'u GC
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。 <VhD>4f{]
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 wWM[Hus
/$9We8
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 W*2P+H%
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: "YVr/u
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Y4[oa?G
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 k h6n(B\
最后的布局是: &,* ILz
Add @0%[4
/ \ k&npC8oA
Divide 5 3 ;AJp_;
/ \ I~nz~U:ak
_1 3 77'@U(
似乎一切都解决了?不。 V?~!D p
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。 |Z8Eu0RSb
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。 (IIZ vCek
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: &g]s@S|%
HE0m#
template < typename Right > I/u>Gt
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const B?4Iu)bCxI
Right & rt) const 5>hXqNjP2
{ @QE&D+NS
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); VFKFO9
} vi` VK&+r
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 6_K7!?YG7
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。 AB<%GzW0(
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。 NHe[,nIV
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。 U#{(*)qr
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。 WwUHHm<v
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? ,o}CBB! 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: Lz!H@)-mr
h+Y>\Cxg
template < class Action > 2SlI5+u
class picker : public Action u(8dsgR
{ 6#ktw)e
public : MjK<n[.
picker( const Action & act) : Action(act) {} 4~2 9,
// all the operator overloaded t_+owiF)M
} ; B_RF)meux
&ViK9
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。 V7B%o:FZo
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: "*:?m{w5
.vd*~U"
template < typename Right > %AA-G
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 5Ha(i [d
{ c= aZ[
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); E&)o.l<h|
} uH#X:Vne
V{X/y N.u
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > =Z..&H5i
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。 H|/"'t
OZ
VO /b&%
template < typename T > struct picker_maker +wZ|g6vMct
{ =&~ K;=:
typedef picker < constant_t < T > > result; a%`L+b5-$
} ; @9l$jZ~x
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > \Qq YH^M
{ X]dN1/_
typedef picker < T > result; ""IPaNHQ
} ; w=^~M[%w
aO2zD<d
下面总的结构就有了: )k]{FM
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。 I1JL`\;4
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。 =L`PP>"rW
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 !e+Sa{X
至此链式操作完美实现。 M~)iiKw~MY
%vUUx+
8"rK
七. 问题3 -![{Zb@
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。 5acC4v!T
#TcX5
template < typename T1, typename T2 > B] Koi1B
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const %.8(R
&
{ ;u<F,o(
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Swgvj(y;!A
} 4L r,}tA
X^i3(N
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: .=) *Qx+
ONUa7
template < typename T1, typename T2 > }%<cFi &
struct result_2 -s^cy+jd
{ D;OPsNQ
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; NOf{Xx<#k
} ; N:EljzvP}
O%<+&