一. 什么是Lambda Tk|0
scjE^
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 >^+Q`"SN
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, <saS2.4
C/<fR:`c
v srce
;s9!ra:3
class filler X'7 T" 5!
{ cK@O)Ko}
public : :2 QA#
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Y^2Ma878
} ; :M1+[FT
y{!`4CxF
&{Uaa
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: dQ/Xs.8
bxrByu~| 1
q/m}+v]
z* zLK[t+
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); u'yePJTE
[9[tn-
|pq z(j7
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 _^#PV}
T_5 E
K 2LLuS!
dWI/X
二. 战前分析 4w2V["?X1
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。 f>#\'+l'
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 A5ktbj&gy<
>+#TsX{
N^%[
B9D
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); a[lE9JA;|
/* --------------------------------------------- */ F]M3/M
vector < int *> vp( 10 ); &e cf5jFy
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); #)my)}o\p
/* --------------------------------------------- */ V
[[B~Rs
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); v*FCE 1HI
/* --------------------------------------------- */ SDA
+XnmH
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); hYb!RRGn
/* --------------------------------------------- */ /bt@HFL|`
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); %QwMB`x
/* --------------------------------------------- */ }..}]J;To
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); D dt9`j
2>ce(4Gky
5C#&vYnq
]2h~Db=
看了之后,我们可以思考一些问题: H# 2'\0u
1._1, _2是什么? 6CY_8/:zL
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。 "N7C7`izc
2._1 = 1是在做什么? n;v8Vc'
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。 -']#5p l
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。 h8pc<t\6
hCW8(Zt
@ mtv2P`
三. 动工 B quyPG"
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: B:^5W{
{BJ[h
dRWp/3 }
W5J"#^kdF8
template < typename T > axXAy5
class assignment *!C^L"i
{ Vi5RkUY]
T value; 8$?a?7,>|
public : n?kU
assignment( const T & v) : value(v) {} N{|N_}X`Y
template < typename T2 > He">kJx
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } }I05&/o.3p
} ; pOnZ7(
>jN)9}3>-#
Vwm\a]s
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 dXrv
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment .!nFy`
(Pvch!
%8S!l;\H5
"9>#Q3<N
class holder !Aj_r^[X`
{ |Vd)7/LN
public : f\^FUJy
template < typename T > Nl;rg*@o
assignment < T > operator = ( const T & t) const A4%0
{ {^MR^4&}(
return assignment < T > (t); Rjm5{aa-
} ',J3^h!b
} ; (8=Zr0He
;<ed1%Le,
oVc_(NH-
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: L.+5`&
K
V 4>(
static holder _1; Xps MgJ/w
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 7Py8!
ZVK;m1?'
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); {U-VInu
而不用手动写一个函数对象。 )|Y"^K%Jm
Q\ro )r
33"{"2==`
;rd!kFd#bq
四. 问题分析 x<9|t(
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 )Cu"M#`
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 0o`0Td
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 TtkB
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 E$smr\
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Oyj!N`&z@
2\EMtR>.M'
五. 问题1:一致性 |iO2,99i
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?| 8M(N
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 0~an\4nh
(_U&EX%
struct holder N
@]*E
{ lyv9eM
// 1)%9h>F7
template < typename T > ?$=N!>P#
T & operator ()( const T & r) const )M'#l<9B
{ }{]{`\
return (T & )r; $zxCv7
} U/0NN>V
} ; "QGP]F
|D`Zi>lv
这样的话assignment也必须相应改动: y5+-_x,
Ww)qBsi8
template < typename Left, typename Right > QJGRi
class assignment _y5b>+
{ %DzS~5$G
Left l; {_ewc/~
Right r; Q$Vxm+
public : eT:%i"C
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Gh42qar`
template < typename T2 > 1c?,= ;>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } :q^g+Bu=
} ; >{npg2
TtKBok
同时,holder的operator=也需要改动: vEn12s(lj
{l_R0
template < typename T > 4/Ok/I
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const %# J8cB
{ RQ}x7</{
return assignment < holder, T > ( * this , t); ;) (qRZd6
} Qzb8*;4?FF
&$vDC M4
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。 }Ct_i'Ow
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 p5G O@^i
/Hx%gKU
return l(rhs) = r; /M B0%6m
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。 h/eKVRGs"
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ~>s^/`|?
< ~x5{p
template < typename Tp > FW[<;$
class constant_t 'fawpU|h
{ Es[?yft2Q<
const Tp t; *R1x^t+)
public : !>9*$E
|
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} B'atwgI0
template < typename T > o"QpV
>x
const Tp & operator ()( const T & r) const j!m~ :D
{ wF3mQ_hv:@
return t; NjsP"
} +z("'Cv
} ; P,D >gxl
*w>
/vu
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 BjOrQAO
下面就可以修改holder的operator=了 83;1L:}`
J>X aQfzwU
template < typename T > U5izOFc
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const _.Uz!2
{ n1buE1r?
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); %>5Ht e<
} =eTI@pN`
+`.%aJIi9
同时也要修改assignment的operator() k=nfo-h
{TE0
template < typename T2 > .yg"!X
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ,MOB+i(3*u
现在代码看起来就很一致了。 |FPx8b;#
>i@gR
六. 问题2:链式操作 POUB{ba
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ^D oJ='&
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 BFj@Z'7P
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 Yg2z=&p-{"
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 .B#Lt,m
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct C'7W50b
:qgdn,Me
template < typename T > 6TPcG d Z
struct result_1 ,FS iE\
{ br$!}7#=L
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; bis/Nfr]
} ; iWQBo>x
3S'V>:
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: R%3H"FU9w
|W*f6F3
template < typename T > !!Mp;h'}-
struct ref #8nF8J<4
{ 9OT2yCT
typedef T & reference; &\Cvrxa
} ; EB@!?=0x
template < typename T > i&.F}bEi
struct ref < T &> 4B (*{
{ K%Q^2"Eb0
typedef T & reference; Mt@K01MI%
} ; &sx/qS#,VL
uVOpg]8d
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: n (cSfT
\2eYw.I=
template < typename T > }})4S;j
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const !4.;Ftgjn
{ )m5<gp `
return l(t) = r(t); y<3v/,Y
} G/<{:R"
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。 /:awPYGH<1
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 #c/v2
1`2lTkg
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 hn!$?Vo.
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 5:n&G[Md
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 sPc\xY
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 y7,~7f!N2
最后的布局是: >]C;sP
Add -!;vX
@
/ \ _;LHC;,:
Divide 5 b2p<!?
/ \ DB?_E{y]
_1 3 <JZ=K5
似乎一切都解决了?不。 m{+lG*
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。 ax7 M
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。 Z.<1,EKi=
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: z^B!-FcIz>
+H="5uO<
template < typename Right > mjs*Z{_F^
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 2$1rS}}
Right & rt) const K<+AJ(C
{ * k=L
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 0Vy*
0\{S
} j#!J
hi
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 s/ZOA[Yux
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 %R&3v%$y*
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。 ZMx_J
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。 ?{{E/J:%
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。 .iew5.eB+
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? zq1&MXR)l
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: ;'J L$=
/=7 |FtB`
template < class Action > "#e2"=3*
class picker : public Action XTZWbhNF
{ *j<;;z-
public : $V5Ol6@2
picker( const Action & act) : Action(act) {} kN>d5q9b%X
// all the operator overloaded 7Jc=`Zm'
} ; zWjGGTP~3&
3_Oq4 /
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 n]8_]0{qi
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: +;;fw |/
EidIi"sr
template < typename Right > DlIfr6F
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Pu
axS
{ T<! `~#kM
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); )(DV~1r=
} p}(w"?2
vBM\W%T|d
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ?0_i{BvN
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 tbOe,-U-@
?hDEFW9&^x
template < typename T > struct picker_maker ={feN L
{ luC',QJB
typedef picker < constant_t < T > > result; uVisU%p
} ; bWMM[pnL
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > mX |AptND
{ \
2".Kb@=
typedef picker < T > result; ""WZpaw
} ; n\cP17dr
1 !\pwd@{
下面总的结构就有了: UdLC]
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 G.oaDGy
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 E,C<ox4e
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 fylaH(LER
至此链式操作完美实现。 YnI
da[l[b;
sDbALAp
+
七. 问题3 _0vXujz
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 Hs-NP#I
)n0g6
template < typename T1, typename T2 > %8 4<@f&n]
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const '`3-X];p
{ Ogjjjy84vM
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); &"^A
} t-E'foYfr`
/!%P7F
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: 8n&" ,)U
EkTen:{G
template < typename T1, typename T2 > P, S9gG9
struct result_2 4AF"+L
{ f-{[ushj
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; IndNR:"g
} ; ~i
&K,
W
tzV|e,
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? b]Z@zS<8
这个差事就留给了holder自己。 uHf~KYL
aMz%H|/$
{s`1+6_&Vz
template < int Order > @cjhri|vH
class holder; 0p[$8SCJ
template <> "&2D6
class holder < 1 > UiYA#m
{ *~:@xMa
public : ;UWdT]>!?
template < typename T > nt5 ~"8
struct result_1 BO{J{
{ L;z-,U$;%R
typedef T & result; _<3:vyfdC
} ; N?pD"re)6
template < typename T1, typename T2 > oW/&X5
struct result_2 xH'H!
8
{ +Oyt
typedef T1 & result; Pq_Il9
} ; 4Y)3<=kDG
template < typename T > k|
jCc
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const :+R||qi
{ :*oI"U*f
return (T & )r; A: @=?(lI3
} >?$Ze @
template < typename T1, typename T2 > FlkAo]
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const J'7){C"G$
{ Gwvs~jN
return (T1 & )r1; 2?}(
} +T4<