一. 什么是Lambda dYyW]nZ&
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 #` +]{4hR
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, 6_U|(f
m;h<"]<
kV1vb
E0`[G]*G
class filler k2OM="Ei}
{ S$K}v,8.sr
public : kr{)
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ]-KV0H
} ; .Qfnd#
u 6(GM
ss;
5C:*y
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: b8cVnP
eKJ:?Lxv;
Bhx<g&|j
leIy|K>\m
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); #gI&lO*\gr
bx7\QU+
hpjUkGm5
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 fD(7FN8
;ct)H*
y
!Y|8z\Q
Q!x`M4
二. 战前分析 GY7s
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 .d
e
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 hU)'OKe
x?rbgsB5&
vQy$[D*
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); \KNdZC?V2
/* --------------------------------------------- */ 4$F:NW,v:)
vector < int *> vp( 10 ); W'V@
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); pEkOSG
/* --------------------------------------------- */ `1$y( w]
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); iz$FcA]
/* --------------------------------------------- */ 0&Qsk!-B
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); b^%?S8]h
/* --------------------------------------------- */ @?Fx
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 6I5o2i
/* --------------------------------------------- */ Li ij{ahm
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); hMz&JJ&B
;{]8>`im&4
w'|&5cS
-}< d(c
看了之后,我们可以思考一些问题: u2\+?`Ox
1._1, _2是什么?
*[VEF
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 @Mzz2&(dU
2._1 = 1是在做什么? N:OD0m%`)
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 QP+c?ct}hF
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 Esb?U|F4
(lieiye^
6GY32\Ac
三. 动工 q%DVDq( z
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: A"0wvk)UcY
HRj7n<>L=
([[)Ub$U
sE-x"c
template < typename T > >kt~vJI
class assignment v3?kFd7%H~
{ 9jqO/_7R+
T value; y-%nJD$
public : N4A&"1d&
assignment( const T & v) : value(v) {} \y[Bu^tk
template < typename T2 > O<4Q$|=&?
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } FPvuzBJ
} ; KlY,NSlQ
7[4_+Q:}
t3pZjdLJd
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 j p!
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment V+peO
"3\oQvi.
]cn/(U`
\C!%IR
class holder gW'P`Oxw
{ o<Xc,mP
public : hU 9\y
template < typename T > P/C&R-{')
assignment < T > operator = ( const T & t) const TNyK@~#m
{ D8)O4bh
return assignment < T > (t); ;,<r|.6U
} g@<sU0B
} ; VV?]U$
rn5"o8|
V xp$#3 ;S
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: $dlnmNP+
UedvA9$&;
static holder _1; B jH ~Ml2
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 a];BW)
N8,EI^W8Z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); xN e_qO
而不用手动写一个函数对象。 #S@UTJa
~!8%_J _
K?5B>dv@A
B*-ToXQQr
四. 问题分析 xIS\4]F?r
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。 ]cx"
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。 L{cK^ ,
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 wrz+2EP`
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 M,.b`1-w
下面我们可以对这几个问题进行分析。 (iHf9*i CV
R2Twm!1
五. 问题1:一致性 66I|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?| Q
mb[ e>
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 c+@d'yR
9
eSN+q
struct holder &eThH,w$2
{ hg%@ W
// 2(c<U6#C'l
template < typename T > Z-N-9E
T & operator ()( const T & r) const mA&RN"+V
{ *]{9K
return (T & )r; XX]5T`D
} gGtep*k
} ; w o-O_uZB
LVPt*S= /
这样的话assignment也必须相应改动: Jo6~r-
-D!#W%y8
template < typename Left, typename Right > 7sQ]w
class assignment }4bB7,j
{ '_q: vjX
Left l; m&Y;/kr
Right r; v YRt2({}Z
public : Fpj6Atk
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 3e!3.$4M
template < typename T2 > j33P~H~
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 6MLN>)t
} ; w5dIk]T
1R5\GKF6o
同时,holder的operator=也需要改动: f_i"/xC-/
~pd1)
template < typename T > 2a._?(k_y
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const dO 1-c`
{ }@ O|RkY
return assignment < holder, T > ( * this , t); QrNL7{
} /%J&/2Wz
*j_fG$10g
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。 V e$5w}a4
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 <B]i80.
ps!5HZ2:
return l(rhs) = r; "Cyo<|
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ~uhyROO,G"
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: GvZac
b2/N H1A
template < typename Tp > .R$+#_
class constant_t !^>LOH>j
{ g:.,}L
const Tp t; e6{[o@aM{
public : Wvut)T
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} E]u'MX
template < typename T > Z!]U&Ax`Z
const Tp & operator ()( const T & r) const !OuTXa,IH
{ |g?/~%7
return t; [}9XHhY1O=
} I |<+'G
} ; G)tq/`zNw
hVT=j ?~
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 N1s$3Ul
下面就可以修改holder的operator=了 &m%Pr
d}wa[WRv
template < typename T > +c]N]?k&
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const uJIRk$
{ v'
9( et
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); (Qx-KRH
} (jo(bbpj
PBAz`y2
同时也要修改assignment的operator() {x&jh|f`g
^O$[Y9~*
template < typename T2 > uwH)/BW)[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } \[IdR^<YM
现在代码看起来就很一致了。 _Y
><ih
=|6^)lt$
六. 问题2:链式操作
7>#L
现在让我们来看看如何处理链式操作。 t'=~"?T/o
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。 &aevR^f+
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。 6XOpB^@
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。 +}(B856+
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct S,`Sq8H
a_pCjG89
template < typename T > rd"]@~v1
struct result_1 Iu1Sj`A
{ :i,c<k
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; <SC|A|
} ; 2,XqslB)
#hE3~+i
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: P2
K>|r
z[lRb]:i[
template < typename T > B1d%#
struct ref LHHDt<+B
{ y9G 57D
typedef T & reference; C>\!'^u1
} ; e}Af"LI
template < typename T > sen{f^U
struct ref < T &> Sj{rvW
{ vn%U;}
typedef T & reference; 2GD mZl
} ; EkjK92cF
3 ?|; on
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: zIYr0k*%
S~a:1
_Wl
template < typename T > _[OEE<(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const GaK_9Eg-2
{ KEVy%AP=*h
return l(t) = r(t); PcSoG\-G<
} v/TlXxfil
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。 ETWmeMN
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 &v9PT!R~
XFf+efh
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 f/[?5M[
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 8apKp?~yW
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Tk#&Ux{ZJ
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 hzPB~obC
最后的布局是: zS"zb
Add ^1Zq0
/ \ 69I.*[
Divide 5 |3T|F3uEX
/ \ d7K17KiC
_1 3 `E0.P V
似乎一切都解决了?不。 9Or4`JOO
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。 +uiH0iGS
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。 WWs[]zr
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: v/00LR
<:;:*s3]
template < typename Right > `~+a=Q
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const `J,~hK
Right & rt) const wZ3vF)2s
{ xE-`Bb
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); k-DB~-L
} J'^$|/Q
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 =jv$ 1
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。 8 8=c3^
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。 TYS\:ZdXF
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。 H[!Q
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。 t5v)6|
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? 7
} MJK)
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: .L{+O6*c
. N} }cJq
template < class Action > Cv(N5mA2
class picker : public Action Sfa
m=.l
{ ?gMrcc/{
public : [ma#8p)
picker( const Action & act) : Action(act) {} Eno2<<
// all the operator overloaded 6V6g{6W,/
} ; I)%jPH:ua
-L50kk>h
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。 /?-p^6U
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: `1}?{ud
;OCI.S8
template < typename Right > M "P
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ;Owu:}
{ [T#a1!
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); DMZ aMY|
} '\E{qlI
+rpd0s49
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > glX2L~
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。 B5r_+?=2e
eh/OCzWH
template < typename T > struct picker_maker 2bxMIr
{ /IW=+ri
typedef picker < constant_t < T > > result; 8+cpNX
} ; HV7(6VSJ+
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > x, G6`|Hl
{ u#,'ys
typedef picker < T > result; l@J|p# 0q
} ; n)!_HNc9
ZBq*<VtV
下面总的结构就有了: +5|nCp6||j
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。 v/+}FS=
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。 O36r
,/X
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 v!hs~DnUZ
至此链式操作完美实现。 Q~!hr0
ZR
CuO*>g^K[
|(v=1#i
七. 问题3 Ngc+<
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。 "{"2h>o#D}
@M?EgVmW
template < typename T1, typename T2 > &B0&183
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const OmbKx&>YGz
{ 2Wf qgR[3
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); |5B9tjJ"
} gO!h<1 !
"Am0.c/
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: $uB(@Ft.
q$'&R