一. 什么是Lambda Qz9*o
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 kZJ.G
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
N;.}g*_+}
i{5,mS&
"*N=aHsj
class filler Y1Sfhs)
{ T~JE.Y3B3
public : 1@vlbgLr@
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} /`vn/X^?^
} ; F3pBk)>a\
">hOD'PG
b%"Lwqdr7
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: b$k|D)_|
Cp[
NVmN
j&
~`wGM
6|AD]/t^K
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); YH^h?s
mH\eJ
'mR9Uqq\
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 eV)'@8p
QM'Db`B
E0-<-w3'
:$gR
>.`
二. 战前分析 w] =q>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。 }Rx`uRx\
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 Ln
C5"
%?WR9}KU0
F,'rW:{HMt
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1@L|EFa
/* --------------------------------------------- */ :d ,]BB
vector < int *> vp( 10 ); /yn%0Wish
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); W]U},g8Z
/* --------------------------------------------- */ @Wb_Sz4`
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 2qkZ B0[
/* --------------------------------------------- */ o2vBY]Tj
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); !Ey=
/* --------------------------------------------- */ ^qP}/H[QT
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 32KL~32Y
/* --------------------------------------------- */ UoSzxL
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); i9Tq h
W`2Xn?g
Y&JK*d
n13#}i{tm
看了之后,我们可以思考一些问题: +'f+0T\)
1._1, _2是什么? - IF3'VG
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。 nnol)|C{5Y
2._1 = 1是在做什么? dqu+-43I|
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。 *c1)x
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。 Y!C8@B$MR3
4>I >y@^
_I1:|y
三. 动工 A;\1`_i0
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: quGvq"Y>
ejjL>'G/|%
1#m'u5L
B=p6pf
template < typename T > q}'ww
class assignment mtunD;_Dek
{ 2MQ
XtK
T value; G&LOjd2
public : Spqbr@j
assignment( const T & v) : value(v) {} ^}PG*h|
template < typename T2 > ~Y.I;EPKt
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 1q7Y,whp
} ; 9z0G0QW[
7u|X
.X
Z|k>)pv@
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 t5"g 9`A L
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment UG5AFZ\
i3[%]_eP.
lNwqWOWy
T1YCld
class holder m2|%AD
{ 6 J
B"qd
public : pSC\[%K
template < typename T > #FNSE*Y
assignment < T > operator = ( const T & t) const o,D7$WzL
{ 6";ew:Ih^
return assignment < T > (t); !Yi2g-(
} ?Xq"Q^o4#e
} ; 9>I&Z8J$M
(O@fgBM
uZ/XI {/
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: g;n6hXq4
kQt#^pO)
static holder _1; rTmVHt
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 r|,_qNrw
4v?}K
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 );
'K7m!y
而不用手动写一个函数对象。 9z9\pXFQ
&Fg|52
j2GTo~muq
rQb=/@-
四. 问题分析 \fD)|
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。 5HqvSfq>?
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。 !CGpE=V
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Z&![W@m@0N
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 A6Vb'Gqv{
下面我们可以对这几个问题进行分析。 S8Ec.]T
9(AY7]6
五. 问题1:一致性 `$oy4lDKQ
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| ^1mnw@04
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 =euMOs
o0}kRL
struct holder 6a!b20IZh
{ ,%X"Caz
// LuE0Hb"S8
template < typename T > 9
7U a,
T & operator ()( const T & r) const #M5pQ&yZy
{ kIwq%c;
return (T & )r; &ra2(S45
} F>lM[Lu#
} ; 7RZ HU+
5!Ho[
这样的话assignment也必须相应改动: !+V."*]l
a9N$I@bi]
template < typename Left, typename Right > zc.r&(d
class assignment 8quH#IhB
{
#Y%(CI
Left l; ?[!_f$50]P
Right r; %)#yMMhR
public : >z|bQW#2
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} zb,YYE1
template < typename T2 > i[4t`v'Dk
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } @=NTr
} ; GvTA/zA
"~:P-]`G
同时,holder的operator=也需要改动: JH+uBZh6
>v'@p
template < typename T > j^)=<+Q;=
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const *bl|[(pP
{ 6c[Slq!KA
return assignment < holder, T > ( * this , t); ZU68\cL
} 8O| w(z
=v(&qh9Q2
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 HXb^K
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 k!0vpps
E|"QYsi.Ck
return l(rhs) = r; 9 Eqv^0u
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 <El!,UBq<
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: qE*h UzA
Txa
2`2t7
template < typename Tp > 1deK}5'
class constant_t UXPF"}S2
{ OIY
const Tp t; gHox>r6.A
public : cXIuGvE&=
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} f#&@Vl(i&
template < typename T > ~sVbg$]\ G
const Tp & operator ()( const T & r) const ^5q}M'
{ ;-quK%VO!
return t; >>T,M@s-:
} #Fckev4
} ; B,4
3b O
,E&W{b
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 PnJA'@x
下面就可以修改holder的operator=了 !N74y%=M
#SR )tU
template < typename T > 8E|FFHNK<2
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 'NN3XyD
{ xzb{g,c
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); T!1Np'12zF
}
W2]%QN=m$
r"W<1Hu
同时也要修改assignment的operator() )&[Zw{6P
wpf
template < typename T2 > `,s0^?_
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Mi<}q@]e
现在代码看起来就很一致了。 V;(Rg=5
Z|BOuB^
六. 问题2:链式操作 9Idgib&
现在让我们来看看如何处理链式操作。 5|g#>sx>`q
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。 5 J
7XVe>
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。 BYZllwxwTE
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。 @N6KZn|R
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct nnuJY$O;M
|k<5yj4?
template < typename T > (AT)w/
struct result_1 kPYQcOK8
{ RY9Ur
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; X<uH [
} ; @#::C@V]
@5\/L6SRfL
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: fl71{jJ_
rW[7
_4
template < typename T > )AXa.y
struct ref 2$O6%0
{ BFPy~5W
typedef T & reference; Wl{wY,u
} ; kj@m5`G
template < typename T > :o_6
struct ref < T &> GC)xQZU)s
{ X({R+
typedef T & reference; /H$/s=YU\U
} ; ,%]xT>kH
puK /;nns
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Ql9
)
cpQhg-LY|
template < typename T > 18JAca8Zs
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const r(Y@;
{ k7=mxXF
return l(t) = r(t); .xg, j{%(
} {3G2-$yb
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。 }O8#4-E_Ji
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Os)}kkja
D1~3 3;
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 a*?,wmzl
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: =aRE
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 4fau
9bW
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 |r/4
({n
最后的布局是: \q:PU6q
Add }tPI#[cfK
/ \ Am)XbN')1
Divide 5 gg QI
/ \ htHnQ4Q
_1 3 ZJ}|t
似乎一切都解决了?不。 "uD^1'IW2
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。 Zl7m:b2M
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。 _.BX#BIF
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: /Avl&Rd
YojYb]y+j
template < typename Right > S@vLh=65
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const BCw0kq@
Right & rt) const <'<{|$Pw
{ y0cB@pWp
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); -\~D6OA
} oWdvpvO
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 r^!P=BS{
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。 ZH=oQV)6
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。 28d=-s=[
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。 aDE)Nf}
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。 `"<