一. 什么是Lambda 9.(|ri
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 nnn\
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, Y0g]-B
oIO@#
b\JU%89
)yyH_Ax2
class filler [lML^CYQ
{ ZY,$oFdsi
public : LC]0c)v#
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} zI[<uvxzW`
} ; U Y*`R
[[c0g6
jfK&CA
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: ~E6sY
ynw(wSH=
Z&>Cdgt*
4AEw[(t
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); m
Z
+dr[
d,?D '/
T/ ECW
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 9]+zZP_#
}IWt\a<d
BEvt{q4
Zq&'a_
二. 战前分析 k~AtnI
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。 eV!(a8
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 d;>G
DNZ,rL:h
! $mY.uu
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); M-].l3
/* --------------------------------------------- */ (<_kq;XtN0
vector < int *> vp( 10 ); d:iJUVpr
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); <xSh13<
/* --------------------------------------------- */ |_ED*ATR=
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ??aO3Vm{
/* --------------------------------------------- */ ;76+J)
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); rZwSo]gp
/* --------------------------------------------- */ o5J6Xi0+
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); fsPsP`|
/* --------------------------------------------- */ \mLEwNhRY
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Vaf,
NV?x<LNWd
.lj5pmD
hzk!H]>E
看了之后,我们可以思考一些问题: Lk]|;F-2i
1._1, _2是什么? VDOC>
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Cxq|N]E
2._1 = 1是在做什么? tvf.K+
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 9=$pV==
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。 JAKs [@:
3mofp`e
sg-^ oy*^
三. 动工 /-!Fr:Ox>
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: l8(9?!C
#Tzs9Bkaca
p #w8$Qjp
u9Adu`
template < typename T > @ NDcO,]
class assignment h-Y>>l>PW0
{ ~D5FnN9
T value; ]:@{tX7c
public : m4h)Wq
assignment( const T & v) : value(v) {} An#[
+?
template < typename T2 > b=S"o
)>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } uSYI
X
} ; &a'mG=(K_c
!BW!!/U
qF^P\cD
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 HOu$14g
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment k@%5P-e}
$- ]G6r
k(tB+k!vH\
o=94H7@
class holder (rJ-S"^u
{ yuC$S&Y>!
public : 6d8)]
template < typename T > =e
1Q>~
assignment < T > operator = ( const T & t) const N/WtQSl
{ 7;@YR
return assignment < T > (t); 2 {WZ?H93a
} -*[)CR-{
} ; y|BHSc3
m4W (h6
q]f7D\ M
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: {?^ES*5
;
Yc\O:Qq
static holder _1; F$4=7Njv
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 h&i(Kfv*
FZU1WBNL%t
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); X&aQR[X
而不用手动写一个函数对象。 yn+m,K/
xcl;~"c*
X ]&`"Z]
82r{V:NCK)
四. 问题分析 g qORE/[
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 dHOH]x
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 C$q-WoTM(
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 a}` M[%d7
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 `}P9[HP
下面我们可以对这几个问题进行分析。 27[e0 j
d<
XY"Y%
五. 问题1:一致性 .$d:c61X
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?| `0W"[BY
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 `lm '_~=`&
":T"Y;
struct holder i@P=*lLD
{ "Ltp]nCR
// ZTqt 4H
template < typename T > $l.8
T & operator ()( const T & r) const g3vbskY|
{ %vf;qVoA~
return (T & )r; tjV63`LD
} $=>:pQbBVX
} ; B^/Cx
ZR3sz/ulLd
这样的话assignment也必须相应改动: :T6zT3(")D
tculG|/
template < typename Left, typename Right > s$9ow<oi]
class assignment sX>|Y3S\U
{ yTbtS-
Left l; K; hP0J
Right r; }Dcpe M?
public : ML$#&Z@
*7
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} j&.JAQ*2;
template < typename T2 > gBI?dw
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } N0D5N(kH%
} ; ZA_~o#0%
p+Bvfn
同时,holder的operator=也需要改动: tIBEja^l
;1,#rTs
template < typename T > ZFX}=?+
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const :+^`VLIf
{ WH $*\IGJL
return assignment < holder, T > ( * this , t); *x#5S.i1
} ?OO !M
`ALQSo~l
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。 #/`MYh=!W
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 2"xhFxoD7
OB(~zUe.R
return l(rhs) = r; DVs$3RL
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。 ?|2m0~%V=
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: e6gj'GmY
9p02K@wkD
template < typename Tp > $1 Z3yb^
class constant_t -xH3}K%
{ A-\n"}4
const Tp t; S=w ~bz,/
public : aeLIs SEx
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} S +73 /Vs
template < typename T > bw#\"uJ
const Tp & operator ()( const T & r) const }LIf]YK
{ 9%P$e=Ui#
return t; ONcS,oHW
} -Vg0J6x
} ; kmfz.:j{
=>TXo@rVN
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ZZ0b!{qj3
下面就可以修改holder的operator=了 C}XB%:5H5
,tBc%&.f
template < typename T > +x:VIi
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const NlG!_D"(y
{ aI\>=*HF
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ok&v+A
} }2?-kj7
Si#XF[/
同时也要修改assignment的operator() giddM2'
OJcI0(G
template < typename T2 > l`K5fk
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ^&c|z35F
现在代码看起来就很一致了。 q*J-ii
!G~\9
六. 问题2:链式操作 +w3k_^X9c
现在让我们来看看如何处理链式操作。 x4_FG{AIu
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。 7 Uu
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。 |TBKsx8
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。 v}z{OB
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct }<P%W~
)i.\q
template < typename T > zpxyX|
struct result_1 ~65lDFY/
{ ]7dal [i
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; `jFvG\aC
} ; a<D]Gz^h
[;INVUwG^
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[y|E;B
E"H> [E
template < typename T > !jJH}o/KW
struct ref fAR0GOI
{ Y2p~chx9
typedef T & reference; 5th\_n}N2/
} ; F>3fP
template < typename T > 2ld0w=?+eu
struct ref < T &> kObgoMT<[
{ b9Ix*!Y
typedef T & reference; 5adB5)`
} ; %1]Lc=[j
7\;gd4Ua1
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: fm%-wUgj
flfE~_
template < typename T > QW%BKF!
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Riz!HtyR
{ &4l>_
return l(t) = r(t); 9=^4p=1J
} t3$+;K(
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 .We"j_
}
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 !g-19at
<wt9K2,
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 W>7 o
ec
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: )/<\|mR
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 B,dKpz;kFg
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Mj@ 0F
2hy
最后的布局是: J$<g"z3
Add _\xd]~ELj
/ \ xSHeP`P^X
Divide 5 [R[Suf
/ \ F{aM6I
_1 3 vV9q5Bj:
似乎一切都解决了?不。 YVLaO*(f
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。 .!J,9PE
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。 x-{awP
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: 76*5/J-
~v<,6BS<$Z
template < typename Right > u
kKp,1xz
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ^t\AB)(8
Right & rt) const rRZ ,X%
{ sh"\ kk9
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 7e-l`]
} KuO5`
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ]LhNP}c
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 A,qWg0A]nt
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 FVcooV
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 `#~HCl
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 q[SUYb;,
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? G?6[K&w
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: =#<TE~n2(
ojH-;|f
template < class Action > ~FV
Z0%+,
class picker : public Action i;>Hy|
{ vb.`rj6
public : _,4f z(
picker( const Action & act) : Action(act) {} Ls^$E
// all the operator overloaded =2eG j'}
} ; WNPdy m
"8"7AoE
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。 pJ#R :#P
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: |f0KIb}d
UI 7JMeV
template < typename Right > ?qQRA|n*
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Y<S,Xr;J:
{ [sY>ac
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); `QlChxd
} nNFZ77lg
tXTa>Q
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > WVf>>E^1
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。 ~l@SGHx
AjZ@hid
template < typename T > struct picker_maker G =+ sW
{ i=<N4Vx
typedef picker < constant_t < T > > result; %G$Kahx V>
} ; jibrSz
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ^8nK x<&5
{ 89'XOXl&1
typedef picker < T > result; )S|}de/a2
} ; t$Z#zxX
of^N4
下面总的结构就有了: E0}jEl/{
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。 bd2"k;H<o
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。 g<Sa{<0
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 .;n<k
至此链式操作完美实现。 T%xB|^lf
|:tFQ.Z'2
h2Z Gh
七. 问题3 08S|$_
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。 f[!QR
$vdGkz@6
template < typename T1, typename T2 > Z;W`deA
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const P~:W+!@5v
{ ht S5<+Y
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); m(8t |~S
} s]r"-^eS3
% ;2x.
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: qf9.S)H1Z
#]|9aVrr
template < typename T1, typename T2 > mIZ#uW
struct result_2 9 frS!AQ
{ d*T;RBk
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; XH0R:+s
} ; ?/~7\ '|Z
J+LFzl07q
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? |YQ:4'^"
这个差事就留给了holder自己。 VWG#v#o
%9=^#e+pE
q"A( l
template < int Order > ;#!`cgAh
class holder; h?DMrYk_%#
template <> +aV>$Y
class holder < 1 > 1k\1U
{ 3M(:}c
public : ?(!$vqS`f(
template < typename T > atFj Vk^
struct result_1 UtiS?w6
{ :D ?%!Q 0
typedef T & result; y2^r.6"O
} ; BjJ$I^
template < typename T1, typename T2 > t.>vLzrU
struct result_2 >b |l6#%
{ 1DGVAIcD
typedef T1 & result; ~/hP6*
} ; Ni GK|Z
template < typename T > 1z$;>+g<
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const >0SF79-RE
{ yU*j{>%RsK
return (T & )r; lyx
p:
} *Rj>// A
template < typename T1, typename T2 > z8mR< q%`
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const d"nE+pgE
{ O.1Z3~r-N
return (T1 & )r1; w-|i8%X
} ?4_^}B9
} ; |jaUVE_2[
l<{]%=Qg
template <> ^C@uP9g
class holder < 2 > L$@^EENS
{ 6$b"tdP
public : p(~>u'c
template < typename T > +8Zt<snG
struct result_1 q=}Lm;r
{ j46fQ
typedef T & result; ?ae:9ZcH
} ; ZQnJTS+ Rd
template < typename T1, typename T2 > 2anx]QV4
struct result_2 V4 Pf?g
{ (( Ec:(:c
typedef T2 & result; rFn;z}J2
} ; gV!Eotq
template < typename T > mhp5}
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const kte
Dh7
{ l@<^V N@
return (T & )r; E[6JHBE*r
} /%rbXrR4w
template < typename T1, typename T2 > g^^%4Y
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const fh
)QX
{ IJo`O
return (T2 & )r2; )"jG)c^1*
} }vxb, [#
} ; hX 9.%-@sR
0: h;ots'
RoLUPy9U
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 7J,W#Ql)5
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: {{[).o/
首先 assignment::operator(int, int)被调用: ^QB/{9 #
|RwD]2H
return l(i, j) = r(i, j); CjOaw$s
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) B8|=P&L7N
o]}b#U8S
return ( int & )i; pt(GpbtWK
return ( int & )j; ()(@Qcc
最后执行i = j; bUAjt>+
可见,参数被正确的选择了。 Xe*@`&nv@
L1Fn;nR
omECes)
I4
Tc&b
JQsS=m7Et
八. 中期总结 u$&