一. 什么是Lambda Qk,I^1w?7
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 w)Q0_2p.
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, <-[wd.M_
pov)Z):}G<
gLy&esJl1
#wV8X`g
class filler a'2$nbp}
{ O+]Ifm [
public : |h;0H`
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Kac' ;1
} ; ly:q6i
n2oz"<?$S
I~ok4L?VB
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: 3+ @<lVew6
tD+9kf2
=zKhz8B(
ApAO/q
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); :E:38q,hG
1`a5C.v
C!fMW+C@
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 \3pc"^W
/7}It$|nhy
qYlhlHD
T~Gvp0r}h
二. 战前分析 k}
|
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 #MRMNL@
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 )pq;*~IBI
,M^ P!
l]8D7(g
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); @JyK|.b#0
/* --------------------------------------------- */ vSi.txV2
vector < int *> vp( 10 ); 5 N#3a0)
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); X22[tqg;&
/* --------------------------------------------- */ k + H3Bq
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); (=* cK-3
/* --------------------------------------------- */ 0l-Ef1
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); H;YP8MoQ
/* --------------------------------------------- */ i*#-I3
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Yy)tmq
/* --------------------------------------------- */ >D(R YI
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); +\F'iAs@
xHz[t6;4;
gqu?o&>9
2oNk93D
看了之后,我们可以思考一些问题: wid;8%m
1._1, _2是什么? e>(<eu~P
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 TWQG591
2._1 = 1是在做什么? f!!V${)X
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。 :}@g6
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。 E0MGRI"me
_nbBIaHN{
:'~Y
三. 动工 f;1K5Y
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类:
@I_8T$N=
r[lF<2&*R
E|6VX4`+
%<an9WMF
template < typename T > *Df,Ijh $
class assignment \E%'Y
{ r=X}%~_8X
T value; qoj$]
public : (`sH3&Kl
assignment( const T & v) : value(v) {} "CUty"R8
template < typename T2 > 3td)'}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } c@/(B:@
} ; *:L?#Bw
Z; A`oKd
/4`
0?/V
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 YwZ
Z{+n
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment @+ BrgZv`
1e&QSzL
$`z)~6'
(UU(:/
class holder ]cGA~d
{ A7%:05
public : UG'9*(*
template < typename T > XVvK2(
assignment < T > operator = ( const T & t) const 5ZMR,SZhC
{ G|(
]bvJ?
return assignment < T > (t); j}~86JO+Cw
} 2Fq<*pxAY
} ; BPdfYu,il
34d3g
l,,>& F
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Bc6|n :;u
}RwSp!}C
static holder _1; S%yd5<%_
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 DR c)iE>@
; =X P &
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); { Fawt:
而不用手动写一个函数对象。 ,)iKH]lY=
IGtl\b=
.h>8@5/s
"QWq_R
四. 问题分析 /)4I|"}R0I
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。
jz5qQt]^
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 sIK;x]Q)
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 TJ1+g
\
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 /Rg*~Ers
*
下面我们可以对这几个问题进行分析。 )w0AC"2O~
p TeOW9
五. 问题1:一致性 o9F/y=.r=
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| ~fT_8z
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 pb$~b\s]=
WV #%PJ
struct holder v7DE
{ wyQzM6:,yX
// OujCb^Rm
template < typename T > iv>SsW'p_
T & operator ()( const T & r) const 4*'pl.rb>
{ IaT$6\>
return (T & )r; j&
<i&
} 6Qx#%,U^ J
} ; wAxrc+
lhw ,J]0*
这样的话assignment也必须相应改动: VxXzAeM
]Yvga!S"C
template < typename Left, typename Right > H<}^'#"p
class assignment F$hYKT2|
{ LWHd~"eU
Left l; kn>$lTHQ
Right r;
8`fjF/
public : yq NzdzX
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Wh%ucX&
template < typename T2 > T+<A`k: -
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } yRiP{$E
} ; hWT[L.>k
A _XhuQB;d
同时,holder的operator=也需要改动: H8`(O"V
iTV) NsC}
template < typename T > $pFo Rv
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const _<NMyRJo
{ W~p/,H cM
return assignment < holder, T > ( * this , t); *
;Cy=J+
} cg*)0U-_(
a(v>Q*zNP
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 /Ne<V2AX
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 W@Lu;g.Yc
[fKUyIY_
return l(rhs) = r; !V,{_(LT
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 {FG|\nPw
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: %LZ({\5K#f
a\:VREKj,
template < typename Tp > ?zsB6B?;
class constant_t 8krpowVs~
{ cPU/tkc
const Tp t; ^>N]H>0'S
public : 'qF#<1&
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} L[20m(6?
template < typename T > NbGV1q']
const Tp & operator ()( const T & r) const |R#"Th6mH!
{ BYo/57&:
return t; &g~ wS@
} _Jt 2YZdA
} ; @;H,gEH^
GR"Eas.$
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Iz{R}#8CZ
下面就可以修改holder的operator=了 IW%|G
S.d^T](
template < typename T > \0H's{uek
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const j`*#v
{ ,57`D'
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); =pznu+,
} pKjoi{
Z
x"CZ]p&m
同时也要修改assignment的operator() o)[2@fRC(
}oKG}wgY
template < typename T2 > .LuB\o$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } QEu=-7@>
现在代码看起来就很一致了。 !grVR157P
5n
^TRB
六. 问题2:链式操作 ^-a8V'
现在让我们来看看如何处理链式操作。 d'|,[p
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。 Zb134b'
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。 UD)e:G[Gat
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。 PGARXw+
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ^_%kE%I
F1Hh7
F
template < typename T > N?m0USu*
struct result_1 = 07]z@s
{ 4L73]3&
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; !Y:0c#MPH
} ; -Z?Vd!H:
Izv+i*(dl
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: 0^8)jpL$<9
W(Uu@^
template < typename T > %Jf<l&K.`
struct ref |K^"3`SJ
{ 6Vbzd0dk
typedef T & reference; W7\&~IWub
} ; Cb_oS4vM
template < typename T > )#}mH @
struct ref < T &> KPpHwcYxT
{ DtEwW1J
typedef T & reference; $L2%u8}8:
} ; nxJee=qH
\xUe/=
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: !!:LJ
d.2mT?`#
template < typename T > c. A|Ir
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const &BvZF
{ [*Z`Kc
return l(t) = r(t); gn{=%`[
} rJ o"fx
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。 /2m?15c+
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Hku!bJ
6y5A"-
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 thqS*I'#g
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: +~ #U7xgq/
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 R+~cl;#G6
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 %,iIpYx
最后的布局是: 07/L}b`P
Add >2?aZ`r+
/ \ \@;\t7~
Divide 5 '/I:^9
/ \ D r9 ?2
_1 3 tdF9NFMD
似乎一切都解决了?不。 OGrBUP
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。 KA276#
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。 /n4pXT
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: o|j*t7
IjfxR mV
template < typename Right > AC.A'|"]i
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const dk==?
Right & rt) const 1,V`8 [
{ 1'4J[S\cM
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); =5sF"L;b
} %G@5!|J
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 YUdxG/~'
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。 NA.1QQ;e
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。 6UE(f@
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。 CZEW-PIhj
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。 CVi`bO 4\
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? Ce'pis
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: 3},Zlu
3?E&}J<n
template < class Action > yxBUj*3
class picker : public Action K$
v"Uk
{ WM)F0@"
public : #2tCV't
picker( const Action & act) : Action(act) {} ZE`lr+_Y
// all the operator overloaded XTDE53Js&
} ; 60Z]M+8y8
w&BGJYI
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。 9Z6C8Jv
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: ba3-t;S
&l