一. 什么是Lambda {}v<2bS
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 4>I;^LHn
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, D,;6$Pvg^
G_n~1?
}h`ddo
bjGQ04da
class filler ]5i]2r1
{ &Kc'g H
public : iQ_^MzA
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} }{m.\O
} ; g|V0[Hnq6
YXjWk),
TP&&' 4?D1
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: 5 iP{)
v?(9ZY]
@c#M^:9Dc
\KPwh]0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 1 :d,8
:s'hXo
?;)F_aHp
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。
.</.(7
7`Bwo*Y
tR% &.,2
i$W=5B>SO
二. 战前分析 14;lB.$p
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 |9cSG),z
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 XP!7@:
y@Q?
guB
xSoXf0zq:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); `tZ`a
/* --------------------------------------------- */ 0ud>oh4WPR
vector < int *> vp( 10 ); H@hHEzO
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); >^hy@m
/* --------------------------------------------- */ ZRo-=/1
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); :*{\oqFn~$
/* --------------------------------------------- */ +zn207.`
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); @&M$oI$4*
/* --------------------------------------------- */ VyL|d^'f_
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); &24z`ZS[w6
/* --------------------------------------------- */ s.G6?1VXlY
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); N:Zf4
oc3}L^aD
Ffp<|2T2_
L=WB'*N
看了之后,我们可以思考一些问题: P",E/beV
1._1, _2是什么? :Y ;\1J<b1
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 C2 ] x
2._1 = 1是在做什么? l]o)KM<
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 <"XDIvpc%L
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 &k2nt
wk"zpI7L
@|GKNW#
三. 动工 vAMr&[
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Y2,\WKa
j,/t<@S>
`F<[\@\d5
B=`"!?we
template < typename T > T>;Kq;(9
class assignment .wfN.Z
{ p-t*?p
C
T value; W^^}-9
public : WaRYrTDv64
assignment( const T & v) : value(v) {} 1"82JN|!
template < typename T2 > M%NapK
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } GI:$(<
} ; *jF VYg
*t+E8)qL
eL+L
{Ac
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 nE)|6
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment :>t?^r(
]'/ZSy,
~t~5ctJ@
4U*uH
class holder H}$hk
{ E0i_sB~T
public : ;|Ja|@82
template < typename T > 5E+k}S]M$
assignment < T > operator = ( const T & t) const +i[w& P
{ 42m}c1R
return assignment < T > (t); /j1p^=ARV
} O<x53MN^
} ; +RO=a_AS
[,|Z<
[n_H9$
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: DgLSDKO!
> HL8hN'q'
static holder _1; =/Dp*
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 !I? J^0T
PUN.nt
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); D=fB&7%@
而不用手动写一个函数对象。 fV;&)7d&
LEJ7. 82
E5%ae (M^
d.7Xvx0Yww
四. 问题分析 p ?HODwZ
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。 ibOXh U
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。 D^Z~>D6
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 A_t<SG5
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 O;A/(lPW+
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ]rh)AE!Y(
"iof -b=ys
五. 问题1:一致性 `f:5w^A
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?| ~%Ws"1
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 uxto:6),P<
3\,TI`^C
struct holder Xm`K@hJ@
{ JHf}LZu
// iDO~G($C
template < typename T > "*@iXJxv5
T & operator ()( const T & r) const e;=G|E
{ b* 6c.
return (T & )r; NRKAEf_#w
} uREc9z`Q'
} ; ~P5!VNJ;r
Ej1 [ry
这样的话assignment也必须相应改动: Dz&4za+{
b)u9#%Q
template < typename Left, typename Right > d]e`t"Aj
class assignment <C4^Vem
{ X/1Z9a+W
Left l; q\[31$i$
Right r; w9}I*Nra
public : Y54*mn
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} v]*W*;
template < typename T2 > uF T\a=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } $ZDh8
*ND
} ; ,>(M5\Z/c
H[x 9 7r
同时,holder的operator=也需要改动: ji(S ?^
4(JxZ49
template < typename T > .)Se-'
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const r _r$nl
{ n X
Qz
return assignment < holder, T > ( * this , t); ej<z]{`05
} Smk]G))o{
:;"3k64
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。 6x@-<{L
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 1&YP}sg)
cf@#a@7m9
return l(rhs) = r; qRB7I:m-Wi
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。 vfhip"1
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Qb# S)[6s+
VH*j3
template < typename Tp > y&__2t^u
class constant_t "_)
{ ==(M
vu`
const Tp t; v%aD:%wlY@
public : 5<w0*~Zd~
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 33Mr9Doon
template < typename T > 4
qW)R{%
const Tp & operator ()( const T & r) const n?,fF(
{ bM^'q
return t; 72-@!Z0e
} g6W.Gl"5\w
} ; y+:<
cDTDim1F
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 GW
$iK@
下面就可以修改holder的operator=了 <{-DYRiN
6!Isz1.re
template < typename T > v!`M=0k
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const YgWnPp
{ "Pys3=h
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); "Ln\ZYB]
} C1G Wi4)
SwP h-6
同时也要修改assignment的operator() b'-gy0
%n}]$
d
template < typename T2 > Pq4sv`q)S
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } SyYa_=En
现在代码看起来就很一致了。 U |4%ydG
ZRxB" a'
六. 问题2:链式操作 i&LbSxUh9
现在让我们来看看如何处理链式操作。 3 oWCQ
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。 mU&J,C
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。 qbAoab53
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。 alu`T
c~
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct /|DQ_<*
<g %xo"
template < typename T > ;%82Z4
struct result_1 d#z67Nl6
{
b'Uaj`Sn
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ng 6G<hi
} ; TOuFFR
=C:0='a
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: R\+$^G}#6
q{_buTARq
template < typename T > lp]O8^][&
struct ref ?)PcYrV
{ uw<Ruy
typedef T & reference; /n_HUY
} ; Y.C*|p#
template < typename T > QnGJ4F
struct ref < T &> } M~AkJL
{ (?3(=+t
typedef T & reference; ?NwFpSB2
} ; Q%>,5(_V]
\m.{^Xd~
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 0bd.ess
0s4j>
template < typename T > ?D~uR2+Z
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const PHOW,8)dZh
{ WMC6dD_6e
return l(t) = r(t); 4v?S`w:6
} !kz\
{
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 k4l72 'P
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 `150$*K&B
}ps6}_FE
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 l:[=M:#p
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: N!va12
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 G
dooy~cn
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 AUq?<Vg\
最后的布局是: /;>EyWW
Add
6$Dbeb
/ \ #QB`'2)vw
Divide 5 Ar$LA"vu4
/ \ }$UFc1He\J
_1 3 I'j?T.
似乎一切都解决了?不。 }l2JXf55
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ':[y]ep(~|
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 ](ninSX1w
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: k{#:O=
D *tBbV
template < typename Right > 5u!cA4e"
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const doa$
;=wg
Right & rt) const Q7s1M&K
{ {%$=^XO
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); =wQ=`
} %SE g(<