一. 什么是Lambda dv_& ei
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 z`?{5v -Qs
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, sM4Qu./
4GiHp7Y&A
sp2"c"_+
:FUefW m
class filler }Sxuc/%:
{ P?zPb'UVqa
public : iut[?#f^
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} @AvDV$F
} ; ptCFW_UV
/^F_~.u{
#)qn$&.H
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: fpDx)lQ
#]~l]Eq
&8##)tS(y
Y/3CB
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); tfSY(cXg'T
&EELq"5K
"5 /i
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 iq25|{1$
&V.\Svm8]
.[@TC@W
}k`-n32)|
二. 战前分析
*tWZ.I<<
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。 WT-BHB1
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 )*b
dG'}
qHGwD20 ~
eplz5%<
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 'V*ixK8R0
/* --------------------------------------------- */ ="k9
y
vector < int *> vp( 10 ); =J2cX`
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); O!,WH?r
/* --------------------------------------------- */ go6XUe
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); {pV\]E\]
/* --------------------------------------------- */ SRUg2)d
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Eeumi#$Z
/* --------------------------------------------- */ 2/T4.[`t
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); k^JV37;bl
/* --------------------------------------------- */ c]eDTbXd
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); !4"!PrZDB
S\,~6]^T
%gd{u\h^
jGeil
qPC
看了之后,我们可以思考一些问题: a5)<roWQ
1._1, _2是什么? 3U_-sMOB|
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。 ,n}h_ct
2._1 = 1是在做什么? ~ 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。 y@T0
jI
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。 ut<0-
S
.KZ)
r
I-A)b4
三. 动工 \$g,Hgp/<
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: oPqWL9]
)\k({S
;fdROI
!LG 5q/}&
template < typename T > l/wdu(
class assignment &n}eF-
{ cl`!A2F1G#
T value; w_>SxSS7
public : }o'WR'LX
assignment( const T & v) : value(v) {} ]12ypcf
template < typename T2 > DE $HF*WY
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } _#jR6g TY
} ; Dc2U+U(J
_$Wj1h
d,hKy2
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ^|P/D
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment -$x5[6bN
;Nd,K
C0k
r?:zKj8/u
nn1T5;
class holder bm</qF'T6
{ C:?mOM#_
public : dR^7d _!
template < typename T > }.L\O]~{
assignment < T > operator = ( const T & t) const pPa3byWf
{ ib-)T7V`
return assignment < T > (t); 1+{V^)V?
} 5>S<9A|Q
} ; aw3 oG?3I
,>AA2@6zMT
GY%2EM(
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 9On0om>
_#SCjFz
static holder _1; (]Pr[xB
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ++m^z` D
lCX*Q{s22
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); )zKZ<;#y
而不用手动写一个函数对象。 4P>4d +
Dh4EP/=z
'X$J+s}6&
k)a3j{{
四. 问题分析 vg.K-"yQW
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。 |e]2 >NjQa
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。 #77p>zhY
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 y|+n77[Gv
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 wqZ*$M
下面我们可以对这几个问题进行分析。 :Sd"~\N+
q#6K'=AC
五. 问题1:一致性 03!!# 5iJ
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?| kdam]L:9
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 JM&:dzyIP
CY4ntd4M
struct holder $ YPU(y
{ HQ7
// wH<'*>/
template < typename T > 8iIz!l%O
T & operator ()( const T & r) const k>'c4ay290
{ 4D4Y.g_x
return (T & )r; G]$.bq[v
} }(yX$ 3?`
} ; d,"6s=4(q
ZJod=^T
这样的话assignment也必须相应改动: N!TC}#}l
gQ0W>\xz
template < typename Left, typename Right > O 8\wH
class assignment )[Bl3+'
{ mj!P
]
Left l; 9iwSE(},
Right r; z5UY0>+VdS
public : g?mfpw Zj
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} m,qMRcDF
template < typename T2 > 0&W*U{0F\
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } e*Y>+*2y
} ; B<
6E'
s^QXCmb$8
同时,holder的operator=也需要改动: k7R}]hq]""
n6 VX0R
template < typename T > in[yrqFb7t
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const x3QQ`w-
{ bo]= *
return assignment < holder, T > ( * this , t); "A>/m"c]*
} %"C%pA
Or2J
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。 Ibbpy++d[
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Z7Gl^4zn
.Jvy0B} B
return l(rhs) = r; [3~mil3rO
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。 0c,)T1NG >
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Vi5&%/Y
R|,F C'
template < typename Tp > $Rd]eC
class constant_t /+p]VHP\
{ m|%L[h1
const Tp t; ,Qw\w,
public : SBbPO5^](
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} RPh8n4&("
template < typename T > p?#%G`dm
const Tp & operator ()( const T & r) const z^YL$
{ ,xzSFs>2
return t; @Q%g#N
} s7(I
} ; ,RYahu
Li{R?Osx
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 7XDze(O5
下面就可以修改holder的operator=了 G#f(oGn :
+'!4kwT R
template < typename T > :VvJx]
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const x$WdW+glZ-
{ l`'
lqnhv
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); .zM M!l3
} 6tDCaB
_XP3|E;I/
同时也要修改assignment的operator() pRTdP/(OQ
.o"FT~}z
template < typename T2 > xtN=?WjVe0
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } *
SHQ[L4{
现在代码看起来就很一致了。 l}aJRG6U
4pw:O^v
六. 问题2:链式操作 Rc.8j,]
现在让我们来看看如何处理链式操作。 x#0B
"{
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。 Q|1X|_hs
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。 E{#Y=
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。 J nzI-
y
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 1}#RUqFrvS
km[PbC
template < typename T > q*36/I
struct result_1 <M,A:u\qSQ
{ $At,D.mGkb
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; }aJK^>^>A
} ; xdV $dDCT
!arTR.b\
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 6z2_b wo
eCI0o5U
template < typename T > >RL|W}tI4
struct ref /U1 jCLR'
{ J]=2] oI2
typedef T & reference; w?db~"T
} ; UZqQ|3
template < typename T > :
~R:[T2P
struct ref < T &> y9@DlK
{ ,x.2kb
typedef T & reference; 8g!C'5
} ; ]B'H(o
R<|
"p[FFg
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 320g!r
?->&)oAh
template < typename T > VdfV5"
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const pSml+A:
{ }ippi6b:r
return l(t) = r(t); 4[$D3,A
} @U;U0
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。 ~?x
`f+
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 RE?j)$y?`
4t<l9Ilp
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 %w0Vf$
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: (q|EC;
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 [L+VvO%cT
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 <s737Rl
最后的布局是: MGGc
Add e52y}'L
/ \ $sTvXf:g
Divide 5 kl90w
/ \ 5 Y|(i1
_1 3 Ksu_4dE
似乎一切都解决了?不。 /t<C_lLM
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 J
BN_Upat
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 oD=6D9c?
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: (XDK&]U
Ue8k9%qV
template < typename Right > A`
iZ"?
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Ub%sw&QG(9
Right & rt) const KW[Jft
{ 3 IK+&hk
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); VSJ08Ngi
} 5{@Hpj/B
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ,svj(HP$
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。 ZGHh!Ds;
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。 NL-<K
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。 !]v &/
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。 xqAXfJ.
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? ~1`ZPLVG
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: e#uk+]
a=!I(50
template < class Action > n~wNee
class picker : public Action L9FijF7
{ R>YDn|cWI
public : .-(s`2
picker( const Action & act) : Action(act) {} ?R;K`f9<
// all the operator overloaded JnT1-=t.
} ; 52L* :|b
(6WSQqp
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。 S/XkxGZ2
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: h"-}BjL
=?, dX
template < typename Right > \s[/{3
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const $7 08\!
{ `PY>p!E
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); u,rieKYF
} o.Jq1$)~y
6a=Y_fma
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > I'NE>!=Q
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。 ;~ >E^0M
96&Y
template < typename T > struct picker_maker i7m=V T
{ R4R SXV
typedef picker < constant_t < T > > result; VgSk\:t
} ; #1v>3H(
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > O+o4E?}
{ bLHj<AX#>|
typedef picker < T > result; #{t?[JUn
} ; ;AwQpq>dy
P9RIX;A=
下面总的结构就有了: ;goR0PN
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。 p=U/l#xO
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。 VS:UVe
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 cVR3_e{&H
至此链式操作完美实现。 =>0+BD
#]@<YKoV{
<Rl:=(]i~
七. 问题3 V`n;W6Q17
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。 A-"}aCmik
bwm?\l.A
template < typename T1, typename T2 > 6#JdQ[IP6
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const wM^_pah#Y5
{ X2MQa:yksP
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ?8d7/KZO
} `y26OYo
DM-8azq $
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: L-LN+6r(#
BE;J/
template < typename T1, typename T2 > Pw"o[8
struct result_2 O@
GEl
{ ]vPa
A
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Au6*hv3:
} ; 4[ S0~O{r
g 36\%L
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? vlD!YNy
这个差事就留给了holder自己。 4@wH4H8
F=29"1 ._
*hT1_
template < int Order > 6PS #Zydb
class holder; Ua@rp3fr
template <> o@o6<OP^
class holder < 1 > myVV5#{
{ 9Q#eu~R
public : 6!,Am^uXM
template < typename T > DiB~Ovh|
struct result_1 z_dorDF8`>
{ s{- `y`JP
typedef T & result; aN.t) DG}J
} ; {ZS-]|Kx
template < typename T1, typename T2 > $Yr'`(Cbc
struct result_2 XcS8{
{ PC_#kz
typedef T1 & result; r~sx]=/
} ; m})q8b!S
template < typename T > %G<!&E!0h
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const PC| U]
{ 0`KB|=>
return (T & )r; M1MpR+7S
} 5pBQ~m3
template < typename T1, typename T2 > <(]e/}
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const w>IYrSaa>
{ ?,JN?
return (T1 & )r1; Dj<]eG]
} iI[Z|"a 21
} ; >@yHa'*9S
3&D;V;ON}_
template <> &=sVq^d@qe
class holder < 2 > s<I[)FQVr
{ <"uT=]wZ=
public : o@`&
h}
$
template < typename T > NX$S^Z\QI
struct result_1 ?I` BbT}
{ O?8^I<
typedef T & result; kF9T 9
} ; ,KlTitJl\+
template < typename T1, typename T2 > |5wuYG
struct result_2 yJaQcGxE"
{ wl{Fx+<^3
typedef T2 & result; Lc|5&<8ZG1
} ; zfE;)K^"
template < typename T > a2dlz@)J
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const SWjOJjn
{ 3U&QonCV
return (T & )r; gY],
(*v
} B)F2SK<@
template < typename T1, typename T2 > +w-UK[p
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const iQczvn)"m
{ <qzHMyAi
return (T2 & )r2; t6;Ln().Hw
} `x"0
} ; `0rEV_$
Jy'ge4]3
H!Y`?Rc
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> >。 *'+OA6
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: M%wj6!5
首先 assignment::operator(int, int)被调用: '|0Dt|$
*M_.>".P
return l(i, j) = r(i, j); xo0",i
f8
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) ,.`";='o
WV5gH*uUa
return ( int & )i; ex8mA6g
return ( int & )j; 0@rrY
最后执行i = j;
h:[PO6GdX
可见,参数被正确的选择了。 k--.g(T
Yn,dM~|Cc
R/
7G
"t+VF4r
?op6_a-wm
八. 中期总结 W'\{8&:!
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: "v-\nAu
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 qoBm!|q
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 OHzI!,2]
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor S] Gw}d]4
cO2
.gQo'
XF1x*zc
0X\,!FL
>2gemTy
?lzg )88I
九. 简化 J<:qzwh
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。 *-bR~
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 ,MwwA@,9-
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: ZD1UMB0$4
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 g2 uc+p
+-*/&|^等 x%ZjGDF m
2. 返回引用。 7-+X -Y?
=,各种复合赋值等 "k\W2,q[
3. 返回固定类型。 c"%XE#D
各种逻辑/比较操作符(返回bool) 2.Ym
4. 原样返回。 hq/k}Y
operator, |b'fp1<