一. 什么是Lambda Nu7lPEM
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 %. W56
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, }\aJ%9X02
<,Pk
.%+y_.l
D[p`1$E-1v
class filler o6)U\z
{ ]YKxJ''u
public : FZ=xy[q]~
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} `E8D5'tt
} ; e3]v
*<bj
d2X?^
`]wk)50BVp
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: tk!5"`9N
J)="Im)
^.@F1k
>|g(/@IO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ?dAy_|
zD
7&vDx=W
:r}C&3
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 wg]VG,
Oc%W_Gb7
g0:{{w
zx;~sUR;
二. 战前分析 U,7}VdO
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 /J[s5{
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 QEc4l[^{.B
&r1]A&
IRT0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ZFRKzPc
{V
/* --------------------------------------------- */ 0@kL<\u
vector < int *> vp( 10 ); y=SVS3D
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); w7b\?]}@
/* --------------------------------------------- */ WlmkM?@
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); my%MXTm2
/* --------------------------------------------- */ W?D-&X^ny
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); _[$,WuG1
/* --------------------------------------------- */ \"6?*L|]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); )_SpY\J
/* --------------------------------------------- */ k[{ ~eN:
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ~ ;ObT=
lwm
9gka
Y |9
0?O$->t
看了之后,我们可以思考一些问题: @IV,sze
1._1, _2是什么? qpV"ii
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 LyRW\\z2
2._1 = 1是在做什么? I*H($ a
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。 KRb'kW
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。 1\-r5e; BE
x%T.0@!8
-.l.@
三. 动工 Q2<v: *L
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: %#C9E kr
K>G.HN@
ry0YS\W
x.Tulo0/
template < typename T > ]D[\l$(
class assignment T}59m;I
{ "w3%BbI x
T value; (h'Bz6K
public : r0*Y~
KHw
assignment( const T & v) : value(v) {} iAZbh"I
template < typename T2 > sq?js#C5
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } S
^$!n,
} ; %a']TX
yf/i)
_RE;}1rb,
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 vH/RP
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment i@mS8%|l
i(>
WeC+
-`UOqjb]3
"v/Yw'!
)
class holder *U +<Hv`C
{ jc HyRR1R
public : y%O^Zm1
template < typename T > ;.=]Ar}
assignment < T > operator = ( const T & t) const -^q;e]+J
{ gFl@A}
return assignment < T > (t); (C0Wty
} Z{x)v5yh2V
} ; /[E2+g
b>Ea_3T/
zxkO&DGRbN
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;|ipK4m
%F\.1\&eE
static holder _1; 7[I +1
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 _{$<s[S
zwk&3
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); v[V7$.%5Q
而不用手动写一个函数对象。 v2k@yxt(
[,(+r7aB
n;wViw
Q" r y@
(I
四. 问题分析 >R5A@0@d5
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。 8Oz9 UcG
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。 ,0{x-S0jX<
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 <<R2
X1
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 w |abaMam
下面我们可以对这几个问题进行分析。 {vdY(
\&47u1B
五. 问题1:一致性 Iw?*y.z|
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?| \i+Ad@)
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 *Qyu
QF
&4ndi=.#rg
struct holder (I/iD.A
{ ]-_ ma
// #}l$<7ZU
template < typename T > _}F_Q5)
T & operator ()( const T & r) const }QBL{\E!
{ Xk\IO0GF
return (T & )r; =J|jCK[r
} BS(jC
} ; 0s79rJ
&2S-scP
这样的话assignment也必须相应改动: bM.$D-?dF*
Rh#`AM`)j
template < typename Left, typename Right > oW^>J-
class assignment !{ fu(E
{ %J Jp/I
Left l; c-_1tSh}
Right r; X&IT s
public : LH.Gf
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ix$
^1(
template < typename T2 > 2qojU%fiH
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 6lT< l zT
} ; maeQ'Sv_&
oY0*2~sg
同时,holder的operator=也需要改动: t2Jf+t_B7
c91^7@Xv
template < typename T > %|D)U>o{
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const -}PE(c1%?q
{ JY@bD:
return assignment < holder, T > ( * this , t); vG7Mk8mIr
} \Zh&[D!2
ay|jq"a
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。 <B>hvuCoH
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 w}#3 pU<<
UBJYs{zz
return l(rhs) = r; Nu3gkIz5z-
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。 ?XP4kjJ
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: D+BiclJ
-%|
]
d ;
template < typename Tp > ;Yv{)@'Bc
class constant_t `wZ
{ y5F"JjQAa
const Tp t; Hpa6;eT
public : `e fiX^
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} H\H7a.@nkF
template < typename T > !#~KSO}zW2
const Tp & operator ()( const T & r) const Uk*(C(
{ v_Df+
return t; }V*?~.R
} `Tf}h8*
} ; 'CSjj@3 X
_iCrQJ0"T
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 d2V\T+=
下面就可以修改holder的operator=了 A+GRTwj
\ 4^zY'
template < typename T > b8Z_oN5!
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const FPkk\[EU
{ 8#g}ev@|u
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); t- TUP>_
} wVFa51a)yy
ZZZ`@pXm;
同时也要修改assignment的operator() `"PHhCG+z
&@'%0s9g
template < typename T2 > Z,/^lg c,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } l1|*(%p?X
现在代码看起来就很一致了。 ^#C+l
U;TS7A3
六. 问题2:链式操作 wN10Drc
现在让我们来看看如何处理链式操作。 SvQ|SKE':
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。 SjpCf8Z(
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。 {[`(o
0@(
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。 (+;D~iN` k
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct [[]yQ
"
-G@uB_C s
template < typename T > he/rt#
struct result_1 G[]%1
_QCO
{ #d3_7rI0V
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; V= p"1!(
} ; -s!J3DB
TB?'<hD:
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: 0Ze&GK'Hf
&WLN
template < typename T > R9^vAS4t[O
struct ref H\n6t-l
{ wr:W}Z@pL
typedef T & reference; H ?9Bo!
} ; ("ix!\1K@
template < typename T > 38m9t'
struct ref < T &> W1<*9O
{ {5D%<Te
typedef T & reference; R-dv$z0
} ; QIU%!9Y
rqiH!R
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: & wtE"w
!vRN'/(Vyu
template < typename T > |f$ws R`&
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const f*rub. y
{ DJ7ak>"R
return l(t) = r(t); 0tL5t7/Gr
} d}fd^x/
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。 Sz<:WY/(x
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 p>\[[Md
p/Q< VV
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 V"(5U(v{~
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: -T1R}ew*t
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 l3BN,HNv+
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 u/wX7s
最后的布局是: TCzlu#w
Add UJDI[`2
/ \ @
U"Ib
Divide 5 Z:,\FB_U
/ \ \Gk}Fer
_1 3 U&:-Vf~&
似乎一切都解决了?不。 +PWm=;tcC
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。 #y7 MB6-
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。 +PLJ
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: #K@!jh)y^
mt0v (
template < typename Right > i
<