一. 什么是Lambda iK$)Iy0
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 #7IM#tc@
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, $!L'ZO1_r
!F*7Mif_E
fPf8hz>
i2SR.{&
class filler ErK5iTSD
{
y#5xS
public : oZxC.;xJ
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} NKD<VMcqw
} ; %vvA'WG
d0y
[:
~F^(O{EG
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: >(s)S[\
.az+'1
n*6Oa/JG7
t@[&8j2B>
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); hPa:>e
*p}b_A}D
6eqxwj{S[
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 =7@N'xX
)<bgZ, v
:c@v_J6C&
=T'N6x5@
二. 战前分析 .5*h']iFr1
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 j:# wt70
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 iB;EV8E
_FXvJ}~m
m?DI]sIv#
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); U}ei2q\
/* --------------------------------------------- */ {3F;:%$`c
vector < int *> vp( 10 ); pj:s+7"t
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); hI.@!$~=
/* --------------------------------------------- */ &~of]A
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); @sUYjB
/* --------------------------------------------- */ k%|7H,7
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); u`I&&
/* --------------------------------------------- */ (- `h8M
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); DPCB=2E
/* --------------------------------------------- */ ~.99H
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); d[mmwgSR?I
@X@?jj&
wVU.j$+_#
tHAr9
看了之后,我们可以思考一些问题: HBHDu;u
1._1, _2是什么? LpwjP4vWJ
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。 8aDhHXI
2._1 = 1是在做什么? f]Jn\7j4
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。 5}S~8
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。 +XV7W=
KY5 it9e
[B<htD&
三. 动工 O@*^2, 6
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: v_M-:e3`
oYOR%'0*m+
/Kcp9Qx
Jbv66)0M
template < typename T > X{cFqW7
class assignment 7A6Qrfw
{ +i"^"/2f{
T value; []^fb,5a
public : t}FwS6u
assignment( const T & v) : value(v) {} O5X@'.#rU
template < typename T2 > RuyqB>[o
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } JZ=ahSi
} ; :wWPEhK
C_CUk d[
'" MT$MrT
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 B^|^hZZ>
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Tvp ~~Dk
?2d! ^!9
|E]`rfr
;t6)(d4z?
class holder Sq<ds}o'8l
{ \%],pZsA ~
public : -hy`Np
template < typename T > wE*o1.
assignment < T > operator = ( const T & t) const Q[rmsk2L'
{ `^d [$IbDW
return assignment < T > (t); ZMp5d4y5
} {$
a
$m
} ; _8QHx;}
IA6,P>}N
yj<j>JtN
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 5vP=Wf cW
8PRKS J[@K
static holder _1; 5xb1FH d:
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 w'i8yl
bZ
xZ=6
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); K>a@AXC
而不用手动写一个函数对象。 ;\mTm;]G
Aq]*$s2\G
A#;TY:D2
?z{Z!Bt?=)
四. 问题分析 (Zi,~Wqm$
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。 m)\wbkC
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。 6}/m~m
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 1yK=Yf%B
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ABG>W>H-S
下面我们可以对这几个问题进行分析。 1b``y
6+.8nx:9X
五. 问题1:一致性 bnZ`Wc*5b
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?| wJ>.I<F6B
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Bk
yW
7eU|iDYo
struct holder #cCR\$-~
{ `VL<pqPP
// M/x*d4b_
template < typename T > SbYsa
T & operator ()( const T & r) const 2EAY`}Rl6.
{ [g Y.h/
return (T & )r; )4O* D92
} 1cdX0[sN
} ; C<B1zgX
_/pdZM,V
这样的话assignment也必须相应改动: HUWCCVn&
x7!YA>
template < typename Left, typename Right > nq,P.~l
class assignment /4{.J=R}
{ L9bIdiB7
Left l; 6>e YG<y{
Right r; g@s'-8}X^
public : Q<UKR|6
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} *nYb9.T]i
template < typename T2 > OE8H |?%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } P$hmDTn72
} ; Z5[f
]/TqPOi:
同时,holder的operator=也需要改动: tLc~]G*\`s
];7/DM#Np
template < typename T > Ynx.$$`$=
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const B`;DAsmT
{ noSBwP|v*
return assignment < holder, T > ( * this , t); uEE#A0
} PTf.(B"z
;Y"*Z2U
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。 ZnXq+^Z4
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 n%%u0a%
[*2|#KSCX
return l(rhs) = r; 6~y7A<[^
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。 m=e#1Hs
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: S/)J<?<b
bR&<vrMmrA
template < typename Tp > H>Ws)aCq
class constant_t ;d{lvKk
{ [R9!Tz
const Tp t; Q"QL#<N
public : \[ 5mBuk
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} WC
ZDS>
template < typename T > J6m(\o
const Tp & operator ()( const T & r) const 7iM;X2=7}
{ F?!
return t; 7J$5dFV2
} sXmo.{Ayb
} ; 1WbawiG}
Pln*?o
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Xy'qgK?
下面就可以修改holder的operator=了 Vo-]&u&cr
;rJ
template < typename T > #&jr9RB
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const q=|0lZ$`V_
{ 2xJT!lN
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); xgQ]#{tG
} xB&6f")
?=lnYD j
同时也要修改assignment的operator() {aRZBIv
H%:u9DlEK/
template < typename T2 > <78LB/:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } oL69w1
现在代码看起来就很一致了。 =P"Sm
r
;zl/
六. 问题2:链式操作 N;BS;W5I
现在让我们来看看如何处理链式操作。 _Mis-K:]{?
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。 e2xqKG
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。 UIl^s8/
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。 b2vc
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct LN?b6s75U
A t#'q>Dn
template < typename T > k-M-=VvA
struct result_1 Nu%JI6&R
{ !Ci\Zg
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; G$buZspL'd
} ; i%R2#F7I
vs)1Rm
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: yfD)|lK
@$( /6]4p
template < typename T > A-dL_3
struct ref B?xu!B,
{ Jc#()4
typedef T & reference; R{"7q:-
} ; ?+bDFM}
template < typename T > |5}~n"R5
struct ref < T &> wPl!}HNf
{ ]v^;]0vcr
typedef T & reference; vkXdKL(q
} ; F; IG@ &
7 vS]O$w<4
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: h4GR:`
R":nG7o
template < typename T > oR=^NEJv
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const f(O`t}Ed
{ rX%qWhiEJ
return l(t) = r(t); jnK8
[och
} s1!_zf_
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 hr<E%J1k%
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 J]f\=;z;<a
~[i,f0O,
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 {9<2{$Og
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: P7I,xcOm
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 AUnRr +o
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 C/Ig.KmXF{
最后的布局是: Hy<4q^3$G
Add UC^Bn1
/ \ >a]4}
Divide 5 eo4<RDe<
/ \ =GQ?P*x|$
_1 3 n
?%3=~9
似乎一切都解决了?不。 ?wps_XU
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。 `he{"0U~S
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。 !}()mrIlP
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: -;z&">
Y962rZ
template < typename Right > WT!8.M;Kv
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const UcMe("U
Right & rt) const $}S5&
{ [Bp[=\
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); `5`Pv'`
} =VlO53Hy{
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 l%"eQ
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 Nh41o0
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 d8g3hyI5\
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 IPcAE!h6zN
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 fp9ksxb@m
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? Ifu$p]~z$
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: p;) ;Vm+8
J%xp1/=2
template < class Action >
UJoWTx
class picker : public Action +*g[hRw[
{ )%C482GO-
public : C["^%0lj
picker( const Action & act) : Action(act) {} ?M7nbfy[A@
// all the operator overloaded 0i$jtCCL(
} ; SV]M]CAe
1z~;c|
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 Tm_vo-
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: T~%5^+[h
gsc*![N
template < typename Right > &P!^k0NJR
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const E[LXZh
{ Y_%\kM?7
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); <V"'j
} &}w,bG$
-MHu BgYJ-
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 1_/\{quE
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。
W1y,.6
8pDJz_F!{
template < typename T > struct picker_maker I]Wb\&$
{ I_#)>%H
typedef picker < constant_t < T > > result; ~srmlBi6
} ; [fR<#1Z
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > +zs;>'Sf
{ jRB:o?S
typedef picker < T > result; 9A3Q&@,
} ; ET_}x7
V85a{OBm,8
下面总的结构就有了: sj. eJX"z
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。 pq-zy6^
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。 z]P |%
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 G~4 ^`[elB
至此链式操作完美实现。 H7#RL1qM&
-mX
_I{BJ
)OH!<jW
七. 问题3 'L3 \ I
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。 [ Q=)f
o,Ha-z]f
template < typename T1, typename T2 > ZQl[h7c/N
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const \|j`jsq
{ *TE6p
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); kHz3_B9[
} w=#&(xm0
Di-"y, [
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: 3tIIBOwg[
S*#y7YKI
template < typename T1, typename T2 > 4ItXZ o
struct result_2 J4lE7aFDA~
{ fhfdNmtR)I
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; *GRhZ~U
} ; KDQux
S~Q7>oNm
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? %$]u6GKabi
这个差事就留给了holder自己。 CF42KNq
S8"X7\d{
Xx?Jt
template < int Order > G =< KAJ
class holder; |UR.7rOV
template <> =$BgIt
class holder < 1 > 2N)Ywqvj
{ <o?qpW$,>
public : D;d;:WT5
template < typename T > 7ky(g'
struct result_1 jjl4A}*0
{ f4g(hjETbu
typedef T & result; ]E=JUYf0
} ; })!n1kt
template < typename T1, typename T2 > 3tLh{S?uJ
struct result_2 Brpin
{ ~}ewna/2
typedef T1 & result; 0|GxOzNd
} ; "
*Ni/p$I
template < typename T >
W8":lpp
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const %eT/:I
{ dOiy[4s
return (T & )r; ,vN#U&