一. 什么是Lambda i#$9>X
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 yn<H^c
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, u
+q}9
8:;_MBt
bq[j4xH0X
*(YtO
class filler Yr@_X
{ 2ME"=!&5
public : 0JQy-hpF
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} :_JZn`Cab
} ; Eb SH)aR
}c1Vu
@GqPU,RO
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: 1{4d)z UB
s|Ls
@iK=1\-2
0h-holUf}~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); _/ bF t6
^0"NcOzzxl
_
vVw2HH
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 rGuhYYvK
:' ?%%P
h^^zR)EVb
@'L/]
二. 战前分析 yaD<jc(O
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 t1?e$s
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 r7Bv?M^!
`)e;bLP
|7]7~ 6l
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Ou</{l/
/* --------------------------------------------- */ 'Bb]<L`
vector < int *> vp( 10 ); -QjdL9\[c7
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); J_YbeZ]
/* --------------------------------------------- */ pA)!40kz
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); {k] 2h4 &h
/* --------------------------------------------- */ NLFs)6\
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); fiz2544
/* --------------------------------------------- */ PxzeN6f
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); mbxJS_P
/* --------------------------------------------- */ s<gZB:~
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); kK&tB
7Ipt~K}
E*ybf'
vpXC5|9U
看了之后,我们可以思考一些问题: B!GpD@U
1._1, _2是什么? F{)YdqQ
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。 v1<gNb)`
2._1 = 1是在做什么? `bu3S}m7
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。 Af1izS3
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。 Cnd70tbD )
J"QXu M
_H}y7
三. 动工 xEQ2iCeC
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: txQyHQ)@
0fA42*s;
]#R'hL%f
?g|K"P<1
template < typename T > v{`Z
class assignment K y~
9's
{ UgDai?b1
T value; -q' n p0H
public : DfwxPt#
assignment( const T & v) : value(v) {} (1H_V(
template < typename T2 > 9\i;zpN\
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } q"ba~@<BEl
} ; ;KJJK#j
!O
F#4N
\DBoe:0~
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 &;L4Cj$q
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment }MP2)6
FP<RoA?W
$l-|abLELz
f gI.q
class holder %Q5D#d"p`
{ uXq?Z@af|f
public : 9XWF&6w6yf
template < typename T > h
Vz%{R"
assignment < T > operator = ( const T & t) const #<f}.P.Uc
{ `q* 0^}
return assignment < T > (t); Yf.H$L
} uW%7X2K
} ; ^@l_K +T
~ z4T
v:1l2Y)g
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: >"?HbR9
$_ub.g|
static holder _1; BF8n: }9U
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 @_^QBw0
`%;nHQ"
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); :,rD5aOQ
而不用手动写一个函数对象。 Fn$/ K
Nge_ Ks
vLR)B@O,2
vE/g{~[5
四. 问题分析 y@]4xLB]
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。 +*,rOK`C
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。 zf$&+E-
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Hb'fEo r
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Pc{D,/EpR
下面我们可以对这几个问题进行分析。 lMAmico
!jY/}M~F1
五. 问题1:一致性 heoOOP(#
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?| SFoF]U09
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 vM~/|)^0sW
(Tp+43v
struct holder RtH[OZu(8
{ :Q2\3
// 8~RUYsg
template < typename T > ]W<E#^
T & operator ()( const T & r) const I=D{(%+^d
{ Na: M1Uhb
return (T & )r; _/ j44q
} St,IWOmq"
} ; RI w6i?/I
$t.N|b`'
这样的话assignment也必须相应改动: }#zE`IT
nQK@Uy5Yr
template < typename Left, typename Right > ;hF >iw
class assignment B)
&BqZ&
{ 0uzis09
Left l; HP|,AmVLl
Right r; =sRd5aMs
public : qTC`[l
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} E#Ynn6
template < typename T2 > i_g="^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } S$W
*i@x?
} ; RL~|Kr<7J
#W
1`vke3
同时,holder的operator=也需要改动: OH5
kT$
j^KM
template < typename T > deaxb8'7
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ~B>I?j
{ %r6LU<;1@
return assignment < holder, T > ( * this , t); J&^r}6D
} 1w+OnJI?
JeMhiY}
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。 n-,~Bp
[
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ]@l~z0^|[_
G,{L=xOh
return l(rhs) = r; FU!U{qDI
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。 V)R-w`
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: GK/a^[f+'l
o]n5pZ\\W<
template < typename Tp > eC9~
wc
class constant_t ]=9%fA
{ M<7<L
const Tp t; Bx
E1Ky8@A
public : aFo%B; 8m
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} I OF~V)8k=
template < typename T > HG@!J>YaD
const Tp & operator ()( const T & r) const uI%h$
{ Q9K
Gf;
return t; 6BW-AZc
} yN{Ybp
} ; x0.&fCh%
z-[Jbjhd
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 w|Zq5|[
下面就可以修改holder的operator=了 aEXV^5;,pJ
\#tr4g~u
template < typename T > DetBZ.
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const a&L8W4
{ Y+upZ@Ga
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); )%X\5]w`
} wVE"nN#
SZG8@ !_}7
同时也要修改assignment的operator() BOL_kp"
W$gSpZ_7
template < typename T2 > K/Q;]+D
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } &>I8^i
现在代码看起来就很一致了。 Aplqxvth
RfN5X}&A
六. 问题2:链式操作 Uw61X>y=
现在让我们来看看如何处理链式操作。 sf\;|`}
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 P_-zkw
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 +hjc~|RK
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 V$q%=Sip
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Y141Twjvd
2:p2u1Q
O
template < typename T > +6gS]
struct result_1 8H;TPa
{ l*'8B)vN2
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; wO8^|Yf
} ; W\} VZY
lS?f?n^
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: G#dpSNV3|
GmAE!+"
template < typename T > s
]QzNc
struct ref y9s5{\H
{ NLz$jk%=g
typedef T & reference; G>:l(PW:
} ; }O1F.5I1
template < typename T > OPKX&)SE-
struct ref < T &> =PZs'K
{ 5V?1/
typedef T & reference; Wc,8<Y'
} ; |0qk
<mm}IdH
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: +IS$Un
nosEo?{
template < typename T > x,7axx6
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ?: meix
{ '
>\*
return l(t) = r(t); !)\`U/.W
} klch!m=d
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。 <K97eAcW
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 uO^{+=;A=
U;jk+i
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 %pwm34
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: MfL q
h
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ^k)f oD
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 kW,yZ.?f
最后的布局是: T|{BT!
W1E
Add |f>y"T+1
/ \ 9*2hBNp+
Divide 5 !Uj !Oy
/ \ +Nza@B d
_1 3 cnIy*!cJs
似乎一切都解决了?不。 [9LYR3 p
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。 vuAAaKz
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。 g|+G(~=e|
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: r?[mn^Bo 5
tICxAp:
template < typename Right > r+lY9l
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const a"EQldm|d
Right & rt) const Vy/g;ZPU1
{ +s S*EvF
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); K^w9@&