一. 什么是Lambda M'
d ,TV[
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 0+]ol:i
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, y@ 'm D*z
e{"r3*
o'8`>rb
<^APq8>
class filler AP8YY8,
{ QX]~|?q
public : /kLG/ry8l:
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} {|;5P.,l
} ; j6NK7Li
f`dQ $Kh
$T)EJe
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: F"k.1.
2th>+M~A
jC;^2e
NZ}DbA+g;|
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); e95x,|.-_
m|}};8
2,nVo^13}
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 M+mO4q6
nsRZy0@$t
=%}++7#
Oc|`<^m
二. 战前分析 /Lf+*u>"
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。 ?G48GxJ
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 UY)e6 Zd
YL$#6d
km)5?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); w;RG*rv
/* --------------------------------------------- */ HR/"Nwr
vector < int *> vp( 10 ); 5L'bF2SI
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); HH\6gs]u
/* --------------------------------------------- */ S-M|
6fv
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); rM
sd)
/* --------------------------------------------- */ Kn
WjP21
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); \5]${vs&s
/* --------------------------------------------- */ !OVTs3}
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' );
~s
:Ml
/* --------------------------------------------- */ &m>yY{be
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Y55Yo5<j/+
*$t<H-U-
^^ Q'AE
yEaim~
看了之后,我们可以思考一些问题: 63J_u-o
1._1, _2是什么? !zhg3B#p
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 =`8%qh
2._1 = 1是在做什么? #hA]r.
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 0X`sQNx
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 f`8]4ms"
;W/K7}
Tn$/9<Q
三. 动工 iK#5nY].
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: .=j]PckJO
i.|zKjF'
jLANv{"
rRTAWAs%T
template < typename T > A,tmy',d"
class assignment nX@lR~g%F
{ SMMV$;O{9
T value; <.DFa/G
public : ,?OV39h
assignment( const T & v) : value(v) {} ,[64$=R8
template < typename T2 > x1gf o!BN
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } o3_dHbdI
} ; 9]ga\>v
ewo1^>
X=:|v<E
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 g UfLw
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment xq?9w$
tD G[}j
H nKO
E3pnu.;U:_
class holder EFb1Y{u^\!
{ %gF; A*
public : B74L/h
template < typename T > b(hnou S
assignment < T > operator = ( const T & t) const B.wRZDEvc
{ o\_@4hXf
return assignment < T > (t); X*Ibk-PUM
} So?ScX\lG
} ; o%!8t_1mR
+ _=&7
&h(>jY7b;
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: *&WkorByW
HGuU6@~hu
static holder _1; ?hqHTH:PU
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 20 <$f
vNMndo!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ^$8@B]*
而不用手动写一个函数对象。 -s?f <f{
kF%EJuu
#xUX1(
d:Y!!LV-@L
四. 问题分析 4LG[i}u.N
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。 K|i:tHF]@
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。 oRf.34
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 hv)>HU&
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 k|C~qe3E
下面我们可以对这几个问题进行分析。 9v\x&h
~lBb%M
五. 问题1:一致性 U2v;[ >=]
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?| $|kq{@<
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 [&_7w\m
2C6o?*RjyY
struct holder 968<yO]
{ s$%t*T2J>
// /
.wO<l=
template < typename T > +8<|P&fH
T & operator ()( const T & r) const ;jgk53lo
{ KT5amct
return (T & )r; 0+-"9pED>E
} hgYi ,e
} ; OC?a[^hB^)
ro& /
这样的话assignment也必须相应改动: x;^DlyyYU
'CQ~ZV5
template < typename Left, typename Right > <{ER#}b:O
class assignment 1K*`i(
{ k.."_4
Left l; _i3?;Fds
Right r; dd+hX$,
public : I cJy$+
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ^Z
|WD!>`
template < typename T2 > CXQ +h
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } c-jE1y<
} ; !W\za0p
Cs!z3QU
同时,holder的operator=也需要改动: Y>J$OA:
&@v&5EXOw
template < typename T > HXeX!
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Exb?eHO
{ (]@yDb4
return assignment < holder, T > ( * this , t); qjm6\ii:)
} e,?qwZK:y
vE~>9
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 .OM^@V~T
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 o?{-K-'B$
J16t&Ha`
return l(rhs) = r; B>;`$-
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。 nk*T
x
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ykS-5E`
tLE7s_^
template < typename Tp > qo*%S
class constant_t [mcER4]}
{ Leu93f2
const Tp t; qNuBK6E#4
public : 20,}T)}Tm
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Q)/oU\
template < typename T > b Y2:g )
const Tp & operator ()( const T & r) const C JYpgSr
{ u2E}DhV
return t; $=9g,39
} 9dO. ,U*`
} ; 5M&<tj/[a0
{9XN\v=$"*
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 BhzcimC)
下面就可以修改holder的operator=了 4T>d%Tt+)
["H2H rI2
template < typename T > Z]SUr`Z
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const v.6K;TY.
{ ="('
#o
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); @@z5v bs'{
} w }=LC#le
%BwvA_T'Q
同时也要修改assignment的operator() Rn $TYCO
szs.B|3X@*
template < typename T2 > (:>Sh0.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 3rj7]:Vr
现在代码看起来就很一致了。 j a'_syn
"=Cjm`9~j
六. 问题2:链式操作 Ly-}HW (
现在让我们来看看如何处理链式操作。 j"
5 +"j
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。 qQwf#&
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。 cB6LJ}R
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。 $ vBFs]h
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct {%D4%X<
P]0/ S
template < typename T > > ofWHl[-
struct result_1 #2dH2k\F
{ MmQk@~
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ,R}9n@JI^Y
} ; g!;a5p6
S@@#L
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: }2''}-Nc
f&I5bPS7}
template < typename T > r-AD*h@QZ
struct ref VQI[J
{ @5h(bLEP
typedef T & reference; /], 9N
} ; {ceY:49
template < typename T > BUUc9&f3o
struct ref < T &> w7~cY=
{ !l$k6,WJi
typedef T & reference; 0D/7X9xg9+
} ; LaYd7Oyf]
bh+m_$X~
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: u =lsH
EGzlRSgO
template < typename T > ~Kt2g\BSok
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const O jH"qi
{ V*W H
return l(t) = r(t); `(xzCRX
} @CS%=tE}U
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。 qb$M.-\ne
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 \s6VOR/
&hJQHlyJM0
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 |#sY(1
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ]4B&8n!
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 _FkH;MG WS
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 C6qGCzlG`
最后的布局是: _adW>-wQ!d
Add =vsvx{o?
/ \ XrJLlH>R4
Divide 5 q}C;~nMD
/ \ hV NT
_1 3 ^fP5@T*f
似乎一切都解决了?不。 I7+yu>
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 0*]ZC'pm
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 Pk&$#J_
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: ri49r*_1
sC_doh_M
template < typename Right > *9US>m Vy
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const F.AP)`6+*
Right & rt) const }?*$AVs2q
{ t')%;N
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ,"5xKF+cS
} CYdYa|
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Pu(kCH{
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。 s14ot80)
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。 D2f~*!vEnA
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。 u179!
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。
|P-kyY34
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? HE-ErEtGB
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: 2+yti,s+/
6%MM)Vj+u
template < class Action > #e[igxwi
class picker : public Action [j?<&