一. 什么是Lambda X};m \Bz
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 w9rwuk
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, D^baXp8
L'BDS*
XI}
C|]#
x1:+M]Da
class filler X/gIH/
{ g{.>nE^Sc5
public : +dX1`%RR[
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} vIF=kKl9,
} ; w,bILv)
{>H#/I8si
;5:g%Dt
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: orVsMT[A
([R}s/)$
q#:,6HDd
r(y1^S9!8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); L>5VnzS I
veFl0ILd
!
E`Tt[
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 "nP mQ
%jdV8D#Q
%Koc^
pb)
BIEc4k5(
二. 战前分析 k_/hgO
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。 q>/#
P5V
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 1 mhX3
F' s($n
e4p:Zb:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); a\S"d
/* --------------------------------------------- */ fzO4S^mTo8
vector < int *> vp( 10 ); 8>S"aHt 7
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ^"7tfo8
/* --------------------------------------------- */ %lNv?sWb
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); `2c>M\c4U
/* --------------------------------------------- */ sP$bp Z}
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); E{kh)-
/* --------------------------------------------- */ "~Twx]Z
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); <MZ$ baK
/* --------------------------------------------- */ }M'h5x
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ;F9<Yv
^29w@*
i#$9>X
Q];gC{I
看了之后,我们可以思考一些问题: /%C6e
)7BL
1._1, _2是什么? 6kuN)
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 n)uvN
2._1 = 1是在做什么? 0-p LCf
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ^ j;HYs_
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 IG0$OtG
WJ=DTON
?#!Hm`\.
三. 动工 1RM;"b/
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: s:lar4>kM
WRU/^g3O@'
sv\'XarM
'ah|cMRn
template < typename T > ta"/R@ k*
class assignment JPfNf3<@My
{ -cs
4<
T value; /_y%b.f^
public : ]\5@N7h
assignment( const T & v) : value(v) {} 16/+ O$#y
template < typename T2 > _'<V<OjVM!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } I7TdBe-
} ; jb1OcI%
u\=gps/Z
p 7IJ3YY
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 %AW5\ EX
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ms'&.u&<
xal,j*
kwNXKn/
hnZI{2XzBE
class holder yveyAsN`B
{ J7$1+|"
public : ;e;lPM{+
template < typename T > pcXY6[#N
assignment < T > operator = ( const T & t) const S_LY>k?
{ & tQHxiDX
return assignment < T > (t); @_^QBw0
} .O @bX)
} ; iKv`[k
^(m`5]qr7J
f/Km$#xOr
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: @z"Zj 3ti
8yz A
W&q
static holder _1; Pc{D,/EpR
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 zYpIG8"o5
+4\JY"oi
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ,{ CgOz+Ul
而不用手动写一个函数对象。 'KpCPOhfR
z:9
Q_QmyD~m
/ :"%m:-P
四. 问题分析 2g-'.w
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。 <kn#`w1U'
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。 M_MiY|%V/K
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 As@~%0 S
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 @)&b..c?_
下面我们可以对这几个问题进行分析。 !? ?Cxs'
pTUsdao^,
五. 问题1:一致性 qA9*t
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?| <9-tA\`8N
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 V)R-w`
hw_7N)}
struct holder X ~4^$x
{ SynxMUlA
// ",E6)r
template < typename T > I OF~V)8k=
T & operator ()( const T & r) const d(,-13
{ b9EJLD
return (T & )r; gb@Rx
} HT
A-L>Cee
} ; .)|jBC8|}
Y~=5umNSX
这样的话assignment也必须相应改动: St|sUtj<r
`]5XY8^kI
template < typename Left, typename Right > $f1L<euH
class assignment dcU|y%k%
{ 4}580mBc
Left l; i2)SSQ
Right r; Ze WHSU
public : W$gSpZ_7
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} a9QaF s"
template < typename T2 > 'P@a_*I
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } }E>2U/wpXY
} ; Y141Twjvd
5`x9+XvoN
同时,holder的operator=也需要改动: +6gS]
rUlpo|B
template < typename T > 2#/ KS^
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const z@~1e]%
{ \vQ_:-A
return assignment < holder, T > ( * this , t); M*c\=(
} /6gRoQ%j
5R"b1
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。 D>G&aQ
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 J\;~(:
~
sE/9~L
return l(rhs) = r; B|, 6m 3.
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。 _LK>3Sqd
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: =PZs'K
G)< k5U4
template < typename Tp > Wc,8<Y'
class constant_t ,R^Pk6m>
{ {'!D2y.7g
const Tp t; N_gjOE`x5
public : ;quGy3
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ._FgQ``PL
template < typename T > PA5g]Tz
const Tp & operator ()( const T & r) const DdSUB
{ 'rR\H2b
return t; 'HqAm$V+
} p19Zxh
} ; [ B (lJz
<0kRky$
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 /FYa{.Vlr
下面就可以修改holder的operator=了 +Nza@B d
2j"%}&
template < typename T > Me`"@{r|#
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const v5 9>
{ F~DG:x~
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); -d[x09
} @+{S-iD"
ojx'g8yO
同时也要修改assignment的operator() Xa," 'r
)V!dBl"Gq
template < typename T2 > 4H@Wc^K
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } xW92ch+t
现在代码看起来就很一致了。 \>Efd
mFHH515
六. 问题2:链式操作 ?McQr1
现在让我们来看看如何处理链式操作。 *OQG4aWy
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。 aF7nvu*N
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。 !t i6
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。 < y*x]}
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct F{ELSKcp.
n`4K4y%Dy}
template < typename T > ;[a|9TPR
struct result_1 [CAR[
g&
{ C)cwAU|h#
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; $y
b4xU
} ; 'g9"Qv?0{`
@u1zB:
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 5aa<qtUjH
Y[ N^p#t{
template < typename T > T6~_Q}6
struct ref nVJPR
{ ?-Vjha@BO
typedef T & reference; p6vKoI#T
} ; ,6r{VLN
template < typename T > 77Bgl4P
struct ref < T &> N:9>dpP}O
{ ZNx$r]4nF
typedef T & reference; 2ZQ}7`Y
} ; }mZwd_cK
tlA"B{7
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Vrvic4
n6k9~ "?
template < typename T > oP4GEr
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ox
;
{ TXZv2P9
return l(t) = r(t); *@TZ+{t
} 9+keX{/c
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。 5pn)yk~
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ,()0'h}n
K!KMQr`
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 R-P-i0~
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 4WB-Ec
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 )TmHhNo
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ~0b O}
最后的布局是: "al`$ %(
Add u_).f<mUdF
/ \ lq"f[-8a2q
Divide 5 mZUfn%QXb(
/ \ l|hUw
_1 3 fJWC)E
似乎一切都解决了?不。 4GB7A]^E
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。 u~)`&1{%
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。 PpsIhMq@
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: w eQYQrN
C^)*Dsp
template < typename Right > CwJDmz\tk
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const =!Q7}z1QI
Right & rt) const 7G)H.L)$m"
{ F"N60>>
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); b2@VxdFN
} `~X!Ll
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ?i`l[+G
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 [2|kl
l
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 @2*]"/)*0
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 |!F5.%PY
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 _uJ"m8Tl
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? -[qq(E
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: jg&E94}+
D13Rx 6b
template < class Action > b}Zd)2G
class picker : public Action "l >Igm
{ smm]6
public : ;@
[
0x
picker( const Action & act) : Action(act) {} C.kxQ<
// all the operator overloaded 76vy5R(.
} ; GQ_p-/p
R
[TCP-bU
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 %AN/>\#p
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: iV fgDo
` gW<M
template < typename Right > w{dIFvQ"$
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ,/O[=9l36R
{ >q7BVF6V|
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 0qrqg]
} +ki{H}G21
CDi<<,
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > JCY~W=;v
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。 K 0hu:1l)
VxFOYC>p
template < typename T > struct picker_maker @/&b;s73
{ bJ_cId8+
typedef picker < constant_t < T > > result; 7E!7"2e
a
} ; tb?YLxMV
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > kbPE "urR
{ B??J@+Nf
typedef picker < T > result; "S&%w8V
} ; M/z}p
irk*~k ?
下面总的结构就有了: {7MjP+\
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。 D=TL>T.bf
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。 +u'I0>)S
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 |Oag,o"
至此链式操作完美实现。 dO7;}>F$n
L_em')
]4 (?BJ
七. 问题3 'lZ.j&
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。 )IT6vU"-yd
iqW1#)3'R
template < typename T1, typename T2 > xLZd!>C
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const wY"o`oZ
{ Y\v-,xPm
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 7<9L?F2
} :c8n[+5
(qwdQMj`
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: (c v!Y=]
$j)hNWI
template < typename T1, typename T2 > YDmWN#
struct result_2 r.0oxH']
{ _y .]3JNm
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; `P@- %T
} ; ?*r!{3T ,u
l2hG$idC
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? )
uP\>vRy
这个差事就留给了holder自己。 @6o]chJo
z&4~x!-_
W4YE~
template < int Order > 7m5Co>NkuK
class holder; g<\z= H
template <> b]gY~cbI8
class holder < 1 > )R{UXk3q}
{ GJ'spgz
public : Hoz5 6y
template < typename T > o/^;@5\
struct result_1 !p
8psi0
{ NHX>2-b
typedef T & result; 5|$a =UIR
} ; oQ+61!5>
template < typename T1, typename T2 > I_ "Z:v{
struct result_2 jJwkuh8R
{ ]B9 ^3x[:
typedef T1 & result; 'PdmI<eXQ
} ; k5+]SG`]]
template < typename T > TA}UY7v
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const rVAL|0;3
{ :XT?jdg
return (T & )r; L*?!Z^k
} nq`q[KV:
template < typename T1, typename T2 > INMP"1
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ecH/Wz1
{ <rK=9"$y(t
return (T1 & )r1; %6 =\5>
} zXc}W*ymj
} ; 9EF~l9`'U
Fm j=
template <> {w`:KR6o7
class holder < 2 > k7 bl'zic
{ MguL$W&l
public : IbdM9qo7
template < typename T > q9}2
struct result_1 #w~0uCzQ@
{ kP,7Li\
typedef T & result; DNth4z
} ; _Dq Qfc%
template < typename T1, typename T2 > +0#JnqH"
struct result_2 yU`:IMz
{ ?f2G?Y
typedef T2 & result; <%,'$^'DS
} ; >C2HC6O3
template < typename T > )W9_qmYd"
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const FP;":i RL
{ nu 7lh6o=
return (T & )r; uZ[/%GTX{)
} H'Iq~Ft1
template < typename T1, typename T2 > .v7`$(T
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const @{bb'q['@
{ {tmKCG
return (T2 & )r2; ^hysC c
} ,7I},sZj
} ; 4zX=3iBt
e7's)C>/'
Ut':$l=
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> >。 xtsL8-u f
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: () <`t}FQ
首先 assignment::operator(int, int)被调用: w#<^RKk
R%W@~o\p]
return l(i, j) = r(i, j); ,M{Q}:$+4
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) W1<