一. 什么是Lambda *tfD^nctO
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 X#tCIyK,nV
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, JHa\"h
:,V&P_
Jwpc8MQ
%+oqAYm+s
class filler fR]KXfZ
{ KNjU!Z/4
public : A<+1:@0
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} !oYNJE Y7
} ; =w/AJ%6
3_"tds <L
o,RiAtdk
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: w+$~ds
4UHviuOo8
c7D{^$L9v
1#9PE(!2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); S$
k=70H
i,wZNX
G5ShheZd
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 u82 (`+B
" s}Oeu[
gYBMi)`RT
v.hQ9#:
二. 战前分析 Ol;DJV
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。 .DM-&P
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 \h?6/@3ob
@VQ<X4Za
0\V)DV.i
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); e,MgR \F}
/* --------------------------------------------- */ tX6_n%/L
vector < int *> vp( 10 ); qWJHb Dd
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); H5*#=It
/* --------------------------------------------- */ 5_1\{lP
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); biV NZdA
/* --------------------------------------------- */ gwr?(:?
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); BjGfUQ
/* --------------------------------------------- */ q:=jv6T#
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Dus!Ki~8(t
/* --------------------------------------------- */ ozKS<<
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Mh
MXn;VKj
fL*+[v4
}<zbx*!
+S WtHj7e
看了之后,我们可以思考一些问题: )Y6\"-M[
1._1, _2是什么? {yDQncq'^
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。 33&l.[A"!}
2._1 = 1是在做什么? lOM8%{.'_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。 DTa!vg
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。 <s%Ft
: 76zRF
8`6G_:&X
三. 动工 DF
UTQ:N
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ;y-:)7J
j{D tjV8
&xZSM,
)+ 'r-AF*
template < typename T > UyFC\vQ
class assignment 4sW'pH
{ u%lUi2P2E
T value; Uq~b4 X$
public : UD.ZnE{"
assignment( const T & v) : value(v) {} efE=5%O
template < typename T2 > O3mw5<%15
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } T8&eaAoo
} ; 97~>gFU77#
OZC
yg/K
jFip-=T{4
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。
e<(6x[_
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment o1"N{Eu
hA;Ai:8
c,O;B_}M]
sVGQSJJ5
class holder yFS{8yrRUU
{ RR'sW@
public : "n)AlAV@
template < typename T > =:!>0~
assignment < T > operator = ( const T & t) const __zHe-.m
{ bYZU}Kl;(
return assignment < T > (t); _#MKp H
} ><S(n#EB
} ; o
0T1pGs'
&SNH1b#>E
sT "q]
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: i+pQ 7wx
ec/>LJDX7
static holder _1; 29CzG0?B
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 K|OPtYeb
z 2jC48~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Ftd,dqd
而不用手动写一个函数对象。 7WUvO
nA{yH}D4
_!!Fg%a5"R
&,=FPlTC=
四. 问题分析 e6bh,BwgQq
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。 BoST?"&}'
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。 \WbQS#Z9
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 DycXJ3eQ
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 HVhP |+
下面我们可以对这几个问题进行分析。 AJE$Z0{q
w^("Pg`
五. 问题1:一致性 U=7nz|
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?| J#ClQ%
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 qS"#jxc==+
]T)<@bmL
struct holder aEh9za
{ ||.Hv[
]V*
// Iqn
(NOq^[
template < typename T > N3*1,/,l.
T & operator ()( const T & r) const F_m'
9KX4E
{ ?L0k|7
return (T & )r; 9_,f)2)~W
} 1Lk(G9CoY
} ; /HS"{@Z"h
0FY-e~xr
这样的话assignment也必须相应改动: k#u)+e.'
F#M(#!)Y"
template < typename Left, typename Right > +
d 3
class assignment pT3icy!A=
{ $45.*>,
Left l; k3nvML,bv
Right r; .Gvk5Wn
public : , ,ng]&%i
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} eV/oY1B]<
template < typename T2 > Dte5g),R
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } HyOrAv
<
} ; R&&&RI3{
jWV}Ua
同时,holder的operator=也需要改动: yP>025o't
T:Ee6I 3l
template < typename T > H0sTL#/L \
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const EU>`$M&w-
{ ^]'_Qbi]}
return assignment < holder, T > ( * this , t); esQ$.L
} "tl$JbRTY
Ej
5_d
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。 bk;uKV+<
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 RPte[tq
-`eB4j'7
return l(rhs) = r; >C!^%e;m
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。 @SpP"/)JY
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ZTz07Jt
|FM*1Q[1
template < typename Tp > m4m|?
class constant_t 4OQ,|Wm4G
{ h.F=Fhx/1
const Tp t; DcdEt=\)h
public : hV0fkQ.|
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} EG|dN(qh
template < typename T > '6WS<@%}
const Tp & operator ()( const T & r) const 'L-DMNxBr
{ N$IA~)
return t; *B}O
} 3
V>$H\H
} ; e0(aRN{W
Cl9 nmyf
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ..+#~3es#y
下面就可以修改holder的operator=了 4oueLT(zc
O!{YwE8x9
template < typename T > Bt(<Xj D
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const h9CTcWGt
{ ^V#,iO9.-
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); uC#@qpzy
} /e?0Iv"
8>
dt,Z^z+"E
同时也要修改assignment的operator() ~IjID
_p+E(i 9
template < typename T2 > 5Gy#$'kdf
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } "t(_r@qU/
现在代码看起来就很一致了。 5B4/2q=
DyiJ4m}kh
六. 问题2:链式操作 `o295eiY(b
现在让我们来看看如何处理链式操作。 la_c:#ho
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 C !Srv7
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 \3^ue0
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 5TB6QLPEwY
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct AH5;6Q
Z%:>nDZV
template < typename T > u;-fG9xs
struct result_1 xlu4
{ ByJPSucD
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 0V(}Zj>
} ; Zx_^P:rL
^N|8
B?Vg
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为:
v[^8_y}A`
~"#HHaBO#
template < typename T > L*[3rqER
struct ref ;tZQ9#S
{ ^PezV5(
typedef T & reference; 4fC:8\A
} ; @r/~Y]0Ye5
template < typename T > qJrKt=CE
struct ref < T &> dp'[I:X
{ ceJi|`F
typedef T & reference; z<vh8dNl
} ; 4,c6VCw3+
&k%>u[Bo
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: YnU)f@b#
T!KwRxJ23
template < typename T > HdI)Z<Krp
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ~vt9?(h
{ LrbD%2U$j5
return l(t) = r(t); A8Q^y
AP^
} {#k[-\|;
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。 CL4N/[UM
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 8Ejb/W_
*1<kYrB
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 !LwHKCj
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ~Q]5g7k=&
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ,Q7;(&x~
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ?V^7`3F
最后的布局是: qz>R"pj0g
Add GgG#]a!_f
/ \ pcwYgq#5
Divide 5 t'Wv?,
/ \ 7
s5(eQI
_1 3 ufL<L;Z\;
似乎一切都解决了?不。 R~k`KuY@!
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。 O.( 2
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。 +K`A2&F9
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: ~s'tr&+
znwKwc8,
template < typename Right > Nb`qM]&
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const (;},~( 2B
Right & rt) const IUFc_uL@\
{ @nY]S\if
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); src+z#
} `{G&i\"n
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 >9dD7FH
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。 !
I0xq"
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。 ^D$|$=|DH
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。 \xCCJWek
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。 h&$h<zL[
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? yEI@^8]s
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: ezp%8IZ;
^0OP&s;"
template < class Action > bTaKB-
class picker : public Action i9DD)Y<
{ M>]A!W=
public : bH e'
U>
picker( const Action & act) : Action(act) {} :]@c%~~!&
// all the operator overloaded I'BhN#GhX
} ; S-7&$n
Wjw,LwB
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。 aIV
/ c
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: ~I@lsCh
W-n4wIj"
template < typename Right > fx{8ERo
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const E>|X'I?r^
{ *(F`NJ 3
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); WYUDD_m
} mOsp~|d
=Nxkr0])!
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > -{xk&EB^$5
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 rTIu'
6(f'P_*
template < typename T > struct picker_maker Yg^ &4ZF
{ Y#ZgrziYM
typedef picker < constant_t < T > > result; [7FG;}lB-
} ; ]$@D=g,r
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > w#|L8VAh
{ i.vH$
typedef picker < T > result; R}M
;, G
} ; IT_I.5*A2
(?na|yd
下面总的结构就有了: ){5Nod{}a
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。 @owneSD qN
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。 }oRBQP^&K
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 dz] 5s
至此链式操作完美实现。 56 3mz-
TmQIpeych
pa[/6(
七. 问题3 ~P1~:AT
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。 fORkH^Y(&
K
-U}sW
template < typename T1, typename T2 > ,_Z(!|
rW
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const /uwi$~Ed
{ _qxI9Q}<"
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ?FQ#I~'<
} XVYFyza;
@Nek;xJ
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: /*mF:40M;
hw^&{x
template < typename T1, typename T2 > uw}Rr7q
struct result_2 I+8n;I)]X
{ FmL]|~
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; |`5IP8Z
} ; ]dpL
PR
;Y?MbD
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? 1`&`y%c?B
这个差事就留给了holder自己。 mLX/xM/T?/
x]+PWk
<1D|TrP
template < int Order > ]%' AZ`8
class holder; Qd[_W^QI
template <> 1UP=(8j/
class holder < 1 > tJ\
$%
{ hH8&g%{2
public : $F2Uv\7=
template < typename T > dZU#lg
struct result_1 c{1;x)L
{ ^,>w`8
typedef T & result; o|kykxcq
} ; P0m3IH)
template < typename T1, typename T2 > xh;V4zK@`
struct result_2 )>iOj50n3
{ FZr/trP~
typedef T1 & result; $5R2QNg n
} ; Z[oF4 z
template < typename T > -K64J5|b7
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 2B
]q1>a!
{ oJ74Mra
return (T & )r; 4<y
} 8QrpNSj4
template < typename T1, typename T2 > `\kihNkJn3
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const >HP
`B2Q
H
{ %71i&T F
return (T1 & )r1; \i%'M%
} HN7CcE+l
} ; +[7~:e}DZ
:GXF=Df
template <> -50DGA,K6
class holder < 2 > ;CYoc4e
{ _fHC+lwN
public : B/twak\
template < typename T > ?b
(iWq
struct result_1 PsC")JS
{ p}1i[//S
typedef T & result; p['RV
} ; RY , <*
template < typename T1, typename T2 > v"USD<
struct result_2 )9]a
{ ".?4`@7F\
typedef T2 & result; XUqorE
} ; Eb8pM>'qM
template < typename T > p5G'})x
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const b6D;98p
{ |R`"Zu`
return (T & )r; M3(N!xT
} fF@w:;u
template < typename T1, typename T2 > ;qshd'?*
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const `Ij@;=(
{ ^q:-ZgM>
return (T2 & )r2; b}[S+G-9W
} 3Z!%td5n
} ; !GcBNQ1p+7
_olQ;{ U:
y>I2}P
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 l5[5Y6c>
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: 2Ez<Iw
首先 assignment::operator(int, int)被调用: E9:@H;Gc
>>U>'}@Q
return l(i, j) = r(i, j); c4Ebre-Oa
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) <DF3!r
qE[S>/R"
return ( int & )i; 3JnpI,By
return ( int & )j; |cvU2JI@
最后执行i = j; F2"fOS
可见,参数被正确的选择了。 +jm,nM9
\TQZZ_Z
8Q'Emw |
F-&tSU,
EL 5+pt
八. 中期总结 uYh!04u
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: 02;jeZ#z
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 /0s1;?
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 3$|/7(M&DA
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor Pvxb6\G&d
3:J>-MO
AGlBvRX7e
G@]3EP
Hfcpqa
yW_yHSx;
九. 简化 u` pTFy
很明显,要支持一个操作符所要做的工作太多了,而且在每个functor中申明result_1至result_n,可见如果n发生变化,维护的开销极大。 vsY?q8+P
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 n;g'?z=hy
首先,我们注意到result_x的形式很统一。对于各种操作符,其返回值无非下列几种: kf,
&t
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 CIudtY(:
+-*/&|^等 NR4+&d
2. 返回引用。 afm\Iv[*
=,各种复合赋值等 LEb$Fd
3. 返回固定类型。 s,z~qL6&
各种逻辑/比较操作符(返回bool) 19!?oeOU
4. 原样返回。 b^o4Q[
operator, b8mH.g&l
5. 返回解引用的类型。 b1&