一. 什么是Lambda ^1a/)Be{_
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 M
`QYrH
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, J3]W2m2Zw
P%#EH2J
aUdbN&G
NZJ:@J=-
class filler $`2rtF
{ ?e`4
sf_~
public : KuU]enC3
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ~*3obZ2>2
} ; KjrUTG0oA
&=1Ag}l57
g>lJZD@
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: W\'njN
7,i}M
1]yOC)u"i
n{>Ge,enP0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Qy)+YhE
6.o8vC/PZ
S$CO T)7
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 kOe%w-_
4G:I VK9
bv.DW,l%'
>^1|Mg/!>
二. 战前分析 )KZ1Z$<
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 a@|/D\C
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 |-WoR u
S?X2MX
"(@W^qF}d
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); D;f[7Cac
/* --------------------------------------------- */ dXkgWLI~
vector < int *> vp( 10 ); HT]v S}s
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); BrW1:2w
>\
/* --------------------------------------------- */ ,BK6a'1J
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 0jS"PH?[
/* --------------------------------------------- */ @S/PB[%S
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); j3Ng] @N
/* --------------------------------------------- */ #q;hX;Va
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); L{v^:
/* --------------------------------------------- */ GVFR^pzO
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ]dXHjOpA
.g CC$
:<-,[(@bR
4$~]t:n
看了之后,我们可以思考一些问题: U'pm5Mc\q
1._1, _2是什么? M7Pvc%\)
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。 / 38b:,
2._1 = 1是在做什么? 8>:kv:MId
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。 !J34yro+s
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。 ?
x1"uH
"W_C%elg
bYr;~
^
三. 动工 F^5<o
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Z[.+Wd\)-9
t@GPB]3[
#!IezvWf
yOn +Y
template < typename T > ^wL
n
class assignment Jjb(l W
{ m){.{Vn]
T value; N-x~\B!
public : Qm|Q0u
assignment( const T & v) : value(v) {} $#4J^(I*:
template < typename T2 > )PC(1Zn
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } MC.,n$O}6
} ; \V@Hf"=j
Da)rzr|}>3
j@0/\:1(U
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 { VC4rA
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment |aiP7C
o C]tEXJ
SrV+Ox
K)2ZH@
class holder P) fv:a
{ N0be=IO5#
public : /o=V
(
template < typename T > xF)AuGdp\
assignment < T > operator = ( const T & t) const gf]biE"k
{ ;!<WL@C~
return assignment < T > (t); xCH,d:n=
} m1 78S3
} ; bl|k6{A
_(J 7^rN
^7`"wj14
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: IAt;?4
9I>+Q&
static holder _1; aa<9%j
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 R9SJ;TsE
j(|G) F
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); IxT[1$e
而不用手动写一个函数对象。 _A*5BAB:h(
e{edI{g
W1X\!Y
cq'opjLf 5
四. 问题分析 `d#l o
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 zdCeOZ 6
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 F_ ~L&jHP
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ?2VY^7N[
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 OYGh!sW
下面我们可以对这几个问题进行分析。 qO=_i d
mrDIt4$D
五. 问题1:一致性 jsSxjf;O
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?| :ho)3kB
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 3kFOs$3
!dB {E
struct holder }7CMXw
[
{ 2=X 2M
// \^iPU 27H
template < typename T > ^4^1)' %
T & operator ()( const T & r) const Y)Y`9u<?
{ u-Pa:wm0-
return (T & )r; :mLcb.E
} ^yUel.N5"
} ; HlqvXt\
2wE?O^J
这样的话assignment也必须相应改动: >N>WOLbb7(
o{yEF1,c\
template < typename Left, typename Right > ~lMw*Qw^
class assignment X l#P@60
{ gK/mm\K@
Left l; C.V")D=
Right r; a'w~7y!}
public : 4g]Er<-P
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} y0qrl4S)v
template < typename T2 > *,hS-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Y-6
?x
} ; > 4ex:Z
a&~_ba+
同时,holder的operator=也需要改动: )n 1b
mD-qJ6AM
template < typename T > %3scz)4$
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 5Jq~EB{"
{ V|b9zHh
return assignment < holder, T > ( * this , t); f7 V3 6Q8
} uZ( I|N$
Etty{r}
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。 ^RytBwzKM
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ?-0k3
WS8m^~S@\
return l(rhs) = r; S?n k9T+
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。 ^D\1F$AjC
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ![3#([>4>
OiNzN.}d
template < typename Tp > <y=VDb/
class constant_t I&]d6,
{ !Uz{dFJf;
const Tp t; B
PTQm4TN
public : ~C=I{qzF+
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} $,q~ q^0
template < typename T > #pP4\n-~hU
const Tp & operator ()( const T & r) const BJ!b LQ
{ zF6R\w
return t; 84^'^nd
} 3^
~M7=k
} ; 'HTr02riY
8A}w}h
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 YO7Y1(`
下面就可以修改holder的operator=了 lY/{X]T.(
G%w.Z< qy
template < typename T > ^I03PIy0l
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Ig75bZz
{ \Km!#:
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 01N"
} C( 8i0(1
r(xh5{^x
同时也要修改assignment的operator() "a))TV%N
^;jJVYx-PP
template < typename T2 > +aaj3m
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 0X@!i3eu
现在代码看起来就很一致了。 B.CUk.
uc!j`G*]
六. 问题2:链式操作 *,<A[XP
现在让我们来看看如何处理链式操作。 b"n8~Vd
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 2g~qVT,
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 v+uq
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 )9F-h8
&"
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct wBZ=IMDu\
)QYg[<e6
template < typename T > n&ZArJ
struct result_1 Jb~$Vrdy
{ X{4jyi-<
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; %@
UH,Ew
} ; .[&0FHnJ5
)!.ef6|
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: -4ry)isYx
EdFCaW}""
template < typename T > .j?`U[V%a
struct ref -&4>>h9_
{ P^V,"B8t
typedef T & reference; &_Kb;UVRj
} ; 8*7t1$
template < typename T > xi['knUi2-
struct ref < T &> yUV0{A-q{0
{ <
kyT{[e+6
typedef T & reference; 9A_{*E(wd
} ; iUSP+iC,
'%Og9Bgd+
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: _CqVH5U?
HJ#3wk "W
template < typename T > 4=/5
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const S(NH# ^
{ ]0v;;PfVl6
return l(t) = r(t); j>jZg<}J
} pde,@0(Fa
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。 PWeCk2 xH
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 x{K^u"
(NfP2E|B
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 j("$qpv
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 2iOn\
^]x
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ,n\"zYf]^
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 kc*zP=
最后的布局是: 1 &G0;
Add e7e6b-"_2
/ \ oh*Hzb
Divide 5 #yNSQd
/ \ 1B}q?8n
_1 3 |-Rg].
似乎一切都解决了?不。 s5/5>a V
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 c:#<g/-{wM
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 Oi#4|*b{W
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: M)v\7a
K:!){a[
template < typename Right > 6 3TeTGp$
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const %=p:\+`VI
Right & rt) const wyzx9`5~d
{ ^RL#(O
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); E :gS*tsY
} ~ZrSoVP=
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 )m8ve)l
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。 `Fn"%P!
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。 eKRslMa
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。 y{&k`H
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。 DlC\sm
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? V+\L@mz;
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: So?.V4aD_
Za,MzKd=
template < class Action > '8%pEl^
class picker : public Action K4T#8K]aZF
{ TtZZjeg+V
public : S8=Am7D]1
picker( const Action & act) : Action(act) {} TFZvZi$u&
// all the operator overloaded !-G'8a|7
} ; {;:QY1QT
FEOr'H<3x
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 Th!.=S{Y5
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: rw CFt6;v
8]SJ=c"}Xf
template < typename Right > cL+--$L
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 6snDv4
{ ? PIq/[tk
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ]lBe
} 1yFVF
(~59}lu~
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Vgh;w-a
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。 =D&xw2
6CQ.>M:R
template < typename T > struct picker_maker m7~<z>5$
{ 2/*F}w/
typedef picker < constant_t < T > > result; ?nVwT[
} ; d3nx"=Cy0I
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > )^Ha?;TS
{ y#Cp Vm#!>
typedef picker < T > result; {c
82bFiv
} ; WA'&