一. 什么是Lambda S7)qq
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 \rFS^#
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, ao2^3e
}9+;-*m/
uR ?W|a
j@>D]j
class filler Yy88 5
{ Q]YB.n3
public : .JPN ';
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} IplOXD
} ; *Jgi=,!m
>x{("``D0y
)GkJ%o#H2
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: T9
/;$6s*
f^FFn32u
7pm'b,J<
r }lGcG)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); &]DB-t#\
?qNU*d
-N8rs[c
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 x="Wqcnj{
`G qe]ZE#"
f`n4'dG
o/w3b8
二. 战前分析 Wd:pqhLh
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 umIGI
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 bZ\R0[0
]xQv\u
_ocCt XI9
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); .\ ;'>qy
/* --------------------------------------------- */ UJL2IF-x
vector < int *> vp( 10 ); 1uAjy(y
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); :j]1wp+
/* --------------------------------------------- */ C(ij_>
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); E`.xu>Yyj
/* --------------------------------------------- */ s*k)h,\
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); #7i*Diqf9
/* --------------------------------------------- */ )i~AXBt}
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); iApq!u,
/* --------------------------------------------- */ fOV_ >]u
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); lI<jYd
0fZ
GGp.u@\r
uzBQK
w}ji]V}
看了之后,我们可以思考一些问题: Zz0bd473k?
1._1, _2是什么? &BRk<iwV
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 L[x`i'0B
2._1 = 1是在做什么? 9MMCWMV
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 G&ck98
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 0
0N[
:%
.xN<<+|_v'
X`.##S KC
三. 动工 zmo2uUEd
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: i"h\*B=
w:t~M[kTW
Sc7 Ftb%
4j={ 9e<
template < typename T > V4[-:k
class assignment 'z ?Hv
{ x4WCAqi/2
T value; z`zz8hK.
public : geme_
assignment( const T & v) : value(v) {} lU{)%4e`
template < typename T2 > n 9B5D:.G
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } fpR|+`k
} ; #*o0n>O
QTy=VLk43
rYb5#aT[
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 |J-X3`^\H
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment WC#6(H5t$
V&*IZt&
}u_D{ bz
`HX:U3/
class holder dua F?\vv
{ %e~xO x
public : {<42PJtPY
template < typename T > L7$f01*
assignment < T > operator = ( const T & t) const g-eJan&]N
{ E_
wVAz3
return assignment < T > (t); j%6p:wDl
} ]SQ+r*a
} ; D0Dz@25-
@ap!3o8,9
yaR>?[h
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: @IL04' \
}J# HIE\RG
static holder _1; ]l,D,d81
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 "t0^4=c+7
zjmoIE
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); cYA:k
而不用手动写一个函数对象。 e$[O J<t
,Y:oTo=~
Fi i(dmn
wW%b~JX
四. 问题分析 GW AT0
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。 Ui'v'
$
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。 t]h_w7!U
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 #Zdh<.
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 o%_-u
+
下面我们可以对这几个问题进行分析。 mkSu
$c
A(2 0+
五. 问题1:一致性 r8EJ@pOF2w
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| dla_uXtM6
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 1CC0]pyHX
?(9*@
struct holder y\??cjWb]
{ |/Vq{gxp+
// i]ZGq7YJ%
template < typename T > U1YqyG8
T & operator ()( const T & r) const .RroO_H
{ Cj=R\@
return (T & )r; <f>77vh0
} RN`TUCQL
} ; :Qa*-)rs
?/.])'&b
这样的话assignment也必须相应改动: `y>m
>j
P.Ntjz/B
template < typename Left, typename Right > 9K$
x2U
class assignment sl$6Zv-l%0
{ 9C7Npf?~M
Left l; R>bg3j
Right r; .q2r!B
public : Bl+\|[yd
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} uuM1_nD[
template < typename T2 > E-WpsNJ)X
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 1K/HVj+'.
} ; f#l9rV"@g
^&;,n.X5Z
同时,holder的operator=也需要改动: K@p9_K8
#._JB-,'
template < typename T > \|>%/P
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const lat5n&RP Y
{ n.l#(`($4
return assignment < holder, T > ( * this , t); ;-3&yQ7N)
} |sGJum&=
,a>Dv@$Y
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。 vv)q&,<c
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ;pm/nu
N^QxqQ~
return l(rhs) = r; N:B<5l '
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。 t^&hG7L_m,
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: l;q]z
]Gi&:k
template < typename Tp > &J/EBmY[
class constant_t dQ*^WNUB
{ .5\@G b.8
const Tp t; UlWmf{1%]?
public : >,,`7%Rv
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Ar)EbGId
template < typename T > |Ua);B ~F
const Tp & operator ()( const T & r) const _)j\
b
{ JL
{H3r&/S
return t; 6|=]i-8
} k{r<S|PK0
} ; ;=joQWNDm
#j Tkz
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 q]1p Q)\'p
下面就可以修改holder的operator=了 `\@n&y[`7
Lx_Jw\YO
template < typename T > qb;b.P?~D$
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const @tSB^&jUWu
{ |cd"cx+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); W$X/8K bn
} %f CkR`:
>K'dgJ245
同时也要修改assignment的operator() uG -+&MU?
Z,p@toj'
template < typename T2 > d%I7OBBx@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } o~'p&f
现在代码看起来就很一致了。 ^Zvb3RJ g
a =W%x{
六. 问题2:链式操作 )&E]
现在让我们来看看如何处理链式操作。
3*Q=)}
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 yMdu
Zmkc
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 dA~_[x:Z
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 u"zR_CzYc
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct %KVmpWku
]-t>F
template < typename T > b~UWFX#U
struct result_1 sPc}hG+N
{ vw>(JCR
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ktPM66`b
} ; z4
=OR@ h
sf$hsPC^
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: Y;R,ph.a
g}R#0gkdk}
template < typename T > E-^(VZ_Xj
struct ref 9Tr ceL;
{ Ytc[ kp
typedef T & reference; /*;a6S8q
} ; '__>M>[
template < typename T > \5tG>>c i
struct ref < T &> 3XB`|\:
{ >!qtue7B
typedef T & reference; k>i`G5Dh
} ; )^8[({r~
R<fF
^^
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: p8XvfM
4RctYMz
template < typename T > -uN{28;@
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 6|lsG6uf
{ /&\V6=jA1
return l(t) = r(t); ,~,q0PA7J
} ;07$ G+['
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。 Xl1% c7r.1
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 %7-(c
;ZuHv {=
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 )n"0:"Ou
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 2u-J+
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 u`wD6&y*
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 QDj%m %Xd
最后的布局是: KaMg[G
Add )-"<19eu
/ \ ]35`N<Ac
Divide 5 P0; y
/ \ X2I_,k'fQ
_1 3 [(a3ljbRX
似乎一切都解决了?不。 FO>!T@0G
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。 =}tomN(F~[
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。 (`slC~"
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:
E,\)tZ;,
Id^q!4Th9
template < typename Right > S]=.p-Am
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const S0OL;[*.
Right & rt) const p2(ha3PW
{ w:nH_x#C4
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); VOC$Kqg;
} @r[SqGa:
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 l?IeZisX
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 ,<!*@xy7v
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 u(yN81
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 H!0m8LCnb
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 "5dke^yk0
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? %CYo,
e
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: :FU?vh$)
)H]L/n
template < class Action > sqpo5~
class picker : public Action D^h!
].3
T
{ \15'~]d
public : LUxDP#~7
picker( const Action & act) : Action(act) {} &?Erkc~#
// all the operator overloaded <uBRLe`)
} ; @D*PO-s9
F (kq
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。 sZ&6g<8#y
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: qT$ IV\;_
'hWA&Xx+
template < typename Right > t
zd#9 #
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const eD(5+bm
{ I6;6x
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); j&/+/s9N
} f U=P$s
r?Mf3U^G
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > PfU\.[l$
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。 #>KiX84
:qqG%RB
template < typename T > struct picker_maker ]=ApYg7!
{ dHiir&Rd9`
typedef picker < constant_t < T > > result; 4x-,l1NMR
} ; K%L6UQ;
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ^S;{;c+'
{ oB!Y)f6H1
typedef picker < T > result; OAiW8BAe
} ; (y?F8]TfM
_kRc"MaB
下面总的结构就有了: e0TxJ*
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。 RLL
ph
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。 oL R/\Y(
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 2V%z=
至此链式操作完美实现。 kl~/tbf
yU/?4/G!
9 4H')(
七. 问题3 gloG_*W
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。 B%u[gNZ
+J{ErsG?6P
template < typename T1, typename T2 > _3%:m||,XP
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Y)lr+~84f
{ ?kZ-,@h:
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 3mYW]
} k ?6d\Q
SXl~lYUL
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: 1}c/l<d
~.G$0IJY
template < typename T1, typename T2 > <X{w^
cT_Q
struct result_2 #mUQ@X@K
{ C4PT(cezR
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; .H M3s
} ; E(6P%(yt8
R#ZJLT
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? Sn'!Nq>
这个差事就留给了holder自己。 Md>C!c
MUZ]*n&0
>Ho=L)u
template < int Order > vf>d{F^rv
class holder; }OnU32P
template <> n2-+.9cY
class holder < 1 > 1; kMbl]
{ OW=3t#"7Kp
public : g8'8"9:xC
template < typename T > mh[,E8'd
struct result_1 3}phg
{ ns5Dydo{T
typedef T & result; D}}?{pe
} ; >*O5Ry:4
template < typename T1, typename T2 > Jia@HrLR
struct result_2 {Y-'i;j?
{ r6Vw!^]8u8
typedef T1 & result; wDoCc:
} ; >{~xO 6H
template < typename T > &