一. 什么是Lambda u*w'.5l
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 QtSJ9;eP
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, OK8|w]-A
2WF7^$^:
o W<Z8s;p
^E]Xq]vd"
class filler e<Bwduy
{ og$%`o:{
public : x9Oo.[
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} hAi`2GP.
} ; f?Am)
-5X*y4#
{BI5lvx:
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: F'Lav?^
yb 4Jsk5%
8
o^ h\9I
| >
t,1T.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); P&kjtl68Y
\A%s" O/
)}3!iDA
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 W`k||U9
?yNg5z
1w~@'ZyU
I%?ia5]H
二. 战前分析 mN^/
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。 '.$va<
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 f=,(0ygt/
f%gdFtJ &
/\-iV)h1@
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ]
-}Zd\Rs
/* --------------------------------------------- */ :i};]pR
vector < int *> vp( 10 ); 8`]1Nt!*B
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); $>*TO1gb+
/* --------------------------------------------- */ kZU
v/]Y.
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ud`!X#e~
/* --------------------------------------------- */ 99/`23YL
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 9*&RvsrX
/* --------------------------------------------- */ ]/cVlpZ{f
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); vQ_D%f4;
/* --------------------------------------------- */ Y(U+s\X
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ;;{!wA+"D
azKiXr#_(
j-}WA"
oU[>.Igi
看了之后,我们可以思考一些问题: F?y4 L9|e
1._1, _2是什么? S`t@L}
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 z4B-fS]
2._1 = 1是在做什么? /9wmc2
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 0Z,a3)jcc
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 7Z7e}|
\W
vw5f|Q92
l =`?Im
三. 动工 GYJ
lX
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: &ZR} Z7E*=
I}hY @
OA?pBA
2leTEs5aK`
template < typename T > lKT<aYX
class assignment xsN)a!
{ b,#lw_U"
T value; w$fP$ \+
public : yKb+bm&5:'
assignment( const T & v) : value(v) {} uKF)'gj
template < typename T2 > |f}1bJE+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } H4Lvw8G
} ; ~u^MRe|`
$kD;*v=
S#[w).7
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ^6kE tTO*
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment WJ[ybzVj
K.P1|
WJA0 `<~
1[U`,(C1
class holder ^f?>;,<&
{ FbU98n+z
public : $!q(-+(
template < typename T > W+5<=jXFB
assignment < T > operator = ( const T & t) const oEN^O:9e
{ ed\umQ]
return assignment < T > (t); M[1!#Q><!
} IizPu4|
} ;
|08'd5
p~bx
?y`we6~\1
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: S?BI)shmg
KP*cb6vA
static holder _1; #fQ}8UxU,
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 [5T{`&
MUjfqxTT
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); F15Yn
而不用手动写一个函数对象。 ^(c.AYI
8H7=vk+
Nfo`Q0\[P
8Ts_;uId
四. 问题分析 g*-%.fNA
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。 N:%
}KAc
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。 Spm7kw
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 2zN"*Wkn
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 >"?jW@|g
下面我们可以对这几个问题进行分析。 >\s8S}p
QRFBMq}'
五. 问题1:一致性 .d?2Kc)SV\
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?| L[rxs[7~
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 tH^]`6"QUa
q!!gn1PT(T
struct holder M9ACaf@
{ (5\VOCT>4%
// F!*tE&Se+
template < typename T > -RKqbfmi=
T & operator ()( const T & r) const v3I-i|L<)
{ P g.j]
return (T & )r; Bh0hUE
} 6t!PHA
} ; hgPzx@
4mM?RGWv
这样的话assignment也必须相应改动: t,,W{M|E(
dHO8 bYBH
template < typename Left, typename Right > .sBwJZ
class assignment vp2s)W8W
{ , SB5"
Left l; gT0N\oU"
Right r; EZb_8<DH
public : *i,@d&J y]
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Wfp>BC
template < typename T2 > \iQ{Q&JR:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } hcX`X2^
} ; +rN&@}Jt.
3z~d7J
同时,holder的operator=也需要改动: 2R=Fc@MXs
Zog&:]P'F
template < typename T > fMluVND
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const t;/s^-}
{ b-Xc6f
return assignment < holder, T > ( * this , t); H9+[T3b
} /]>8V'e\
$ts1XIK%
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ,(y6XUV~
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 pr.+r?la]
?Jy/]j5fI
return l(rhs) = r; D@?Tq,=
[
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 >p?Vv0*
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ^=@`U_(,G
+.pri
template < typename Tp > j[Z<|Da
class constant_t [$e\?c
{ `:#IZ
const Tp t; S!6 ? b5
public : 9?38/2kX4
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ^+k~{F,)
template < typename T > e754g(|>b
const Tp & operator ()( const T & r) const /#-zI#iK
{ pz0Q@ n/X
return t; D&-cNxh
} a%XF"*^v
} ; eo&^~OVT
q. s'z}
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 IlfH
下面就可以修改holder的operator=了 9YEE.=]T
Z3qr2/
template < typename T >
AQm#a;
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const cP2n,>:
{ ?)V|L~/
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); M'5PPBSR
} kK%@cIXS3
CAbR+y
同时也要修改assignment的operator() q5#6PYIq
tFvXVfml
template < typename T2 > PUbfQg
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } U%V4@iz~\m
现在代码看起来就很一致了。 FT[of(g^
M.u1SB0
六. 问题2:链式操作 b-?d(-
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ~jD~_JGp
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。 =Ohro'
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。 T o$D[-
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。 B1 Y
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 0u?VnN<
:3A^5}iz
template < typename T > W'{o`O=GGr
struct result_1 4)Ab]CdD
{ E>isl"
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; pv"QgH
} ; zXaA5rZO
D $&6 8
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: .g>0FP
XE($t2x,M
template < typename T > $Y?[[>u
struct ref fM!@cph(8
{ 1qm
_Qs&
typedef T & reference; {xu~Dx
} ; o7kQ&w
template < typename T > #ja6nt8GC
struct ref < T &> &6&$vF65c
{ l&{+3 aC:
typedef T & reference; OICH:(t_
} ; MmH(dp+
]FEsN6
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: d$B+xW
WXFCe@
template < typename T > 3eN(Sw@p
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const <RCeY(1
{ ~tZy-1
return l(t) = r(t); t*wV<b
} n'9&q]GN|
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。 [PH56f
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 `N;O6
wZ
CF]#0*MI
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 ffG1QvC|M
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: cpu|tK.t
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 F5
7Kr5X
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 3(3-#MD0
最后的布局是: jhB+ ]
Add |\T!,~
/ \ S.|%dz
Divide 5 }WnoI2
/ \ H,Yrk(O-
_1 3 WQBpU?O
似乎一切都解决了?不。 tvOyT6 ]
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。 %`0*KMO3
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。 $g '4'
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: >2ny/AK|
O2S{*D={
template < typename Right > (".WJXB\
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const qdxDR
2]U
Right & rt) const L8?;A9pc()
{ plgiQr #
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); pGP$2
} u&<