一. 什么是Lambda c^i"}2+
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 [0mFy)6
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, OqEg{o5 a&
{^PO3I
2LhfXBWf
pDLu +}@
class filler c n\k`8
{ f_Wkg)g
public : +YGw4{\EL
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} _A@fP[C
} ; zhVa.r A
Ov0O#`
: ;E7+m
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: 3i@ "D
KdBq@
!=~s/{$PE
.}L-c>o"o
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); m &0(%
8`L#1ybMO
)OW(T^>_'I
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 C8bGae(
0%GqCg
CjC'"+[w
iylBK!ou
二. 战前分析 BR&Qw'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。 jc%{a*n"vr
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 :Y}Y&mA4
dy2_@/T7
pmow[e
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); +
d+ hvwEM
/* --------------------------------------------- */ 5 WN`8?
vector < int *> vp( 10 ); . Ce&9l
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); }skRlC
/* --------------------------------------------- */ m>Yo9/XpZ
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 7dM6;`V^
/* --------------------------------------------- */ &;~2sEo,
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 );
X]&;8
/* --------------------------------------------- */ RTPq8S"
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ei+9G,
/* --------------------------------------------- */ !]{1h
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); uFm(R/V
QoT3;<r}
~RZJ/%6F
8xD<A|
看了之后,我们可以思考一些问题: 4."o.:8x
1._1, _2是什么? uI[-P}bSc&
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。 }rj C_q
2._1 = 1是在做什么? #x4h_K
Y
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。 oUKBb&&O
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。 ^hl]s?"3
g|v1qfK
BdE`p{
三. 动工 cKi^C
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: p ,[XT`q^
(^s &M
m
p|20`go
epGX.
template < typename T > *D09P%
class assignment HX /GLnY/X
{ N SxPN:
T value; $tt0D?$4
public : oqd
N5+xt
assignment( const T & v) : value(v) {} M3jv aI
template < typename T2 > E1{:z"
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } H/p-YtY
} ;
O#Zs3k
\CJx=[3(
bCE7hutl
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 M0Kh>u
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment fzkCI
c`$`0}
*1o+o$hY2
4B3irHs\Q
class holder v8U1uOR,%
{ 8}pcanPg
public : *Sz{DE1U
template < typename T > @
(u?=x;
assignment < T > operator = ( const T & t) const },Y;
(n'
{ (IWix){
return assignment < T > (t); FVC2 XxP
} <*r<+S
} ; }n2-*{)x
aaqd:N)
|W~V@n8"6
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: QGbD=c7
{xBjEhQm
static holder _1; Z$#ZYD
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 g+KzlS[6
Rbj+P;t&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Kt4\&l-De
而不用手动写一个函数对象。 z:i X]df
AHMV@o`V
VM\Z<}C
LL$,<q%(P
四. 问题分析 PgG |7='
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 [b
k&Nd[
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 B0 oY]r6
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 s68_o[[E
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 i9EMi_%
下面我们可以对这几个问题进行分析。 xv#j 593
<zDw&s2
五. 问题1:一致性 NW4
s'roP
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 2YE]?!
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 WKrZTPD'm
X%9xuc
struct holder Mly z><
{ J?Ep Nie
// MVeQ5c(
template < typename T > J6["j
T & operator ()( const T & r) const jC Kt;lj
{ Rvz.ym:F
return (T & )r; i[t=@^|
} y~A7pzBZ=
} ; l-^XW?CfL
H;t8(-F@'
这样的话assignment也必须相应改动: 't]EkH]BC
d a?th
template < typename Left, typename Right > o4[2`mT
class assignment :{xN33@6\X
{ MMA@J
Left l; J2rLsNC]0
Right r; =<'iLQb1
public : 0rm;)[SjF
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} b
gc<)=
template < typename T2 > ;~@PYIp
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ~oW8GQ
} ; WGG)
mh&-
mQA<t)1
同时,holder的operator=也需要改动: klC^xSx
h%w\O Z7
template < typename T > '3u]-GU2_
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 1uge>o&
{ UWWD8~:
return assignment < holder, T > ( * this , t); _g`0td>N
} dzv,)X
~"rwP=<}
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ISnS;
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 x&fCe{5
sBXk$
return l(rhs) = r; ~Ro:mH:w
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。 UH^wyKbM
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: +#I~#CV!
TnU$L3k
template < typename Tp > ^)IL<S&h
class constant_t ; ?lM|kK
{ F",abp!
const Tp t; 7fzyD
public : oJ@PJvmR&a
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 9]F&Fz/G
template < typename T > i+x6aQ24
const Tp & operator ()( const T & r) const [ 6o:v8&3
{ q\HBAry
return t; 8}#Lo9:,d
} ylxfh(
} ; }.$B1%2
Lr\ B
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 E)_!Hi0<s
下面就可以修改holder的operator=了 =+-.5M
KZ}4<{3
template < typename T > WfbNar[
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const W>|b98NPu
{ 3Q~&xNf
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); l`%}
{3r9
} gcCYXPZp
x[>_I1TJ
同时也要修改assignment的operator() k`~br249
b oOw
K?
template < typename T2 > g~H?l3v
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ~m|?! ]n
现在代码看起来就很一致了。 0?Wf\7
QRHm|f9_C
六. 问题2:链式操作 2[YD&
现在让我们来看看如何处理链式操作。 taEMr> /
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。 f>+}U;)EF
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。 wG?kcfu
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。 geN%rD
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct j p]geV54
pbvEIa-Y4
template < typename T > %+!9
struct result_1 udy;Odt
{ ~ kJpB t7M
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Lpbn@y26<
} ; KC-aLq/
kGq f@
I+
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: ,L:)ZZgN
h_G7T1;L
template < typename T > (dipKs?K
struct ref ,h`D(,?X
{ rtF6Lg
typedef T & reference; <r`Jn49
} ; >~>[}d;glw
template < typename T > jTgh+j]AP
struct ref < T &> ;<@O^_+
{ X$&Sw3c
typedef T & reference; ,UZE;lXJ'Q
} ; ~+nSI-L
*3
8Y;{ 4
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: |#jm=rT0y
a4.:
i
template < typename T > KdpJ[[Ug/
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const {=4:Tgw
{ vEp8Hc
return l(t) = r(t); 1sLfjH hv
} nJ})6/gK
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 j2qfEvU
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 .u;TeP
P]x+Q
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 hGXDu;{
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: *AQbXw]w
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 P1 >X5:
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 8Xzx;-&4
最后的布局是: y"-{6{3
Add 7[1
R}G V
/ \ ,T~5iLKY
Divide 5 i4r~eneP
/ \ ^JDV4>S\
_1 3 SW'KYzn
似乎一切都解决了?不。 BmF>IQ`M?
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 1O7ss_E
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 #R~NR8(z
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: k$_]b0D{4
Z|dZc wo
template < typename Right > WA5kX SdIb
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const es FL<T
Right & rt) const [eP]8G\
W
{ #7T ={mh
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); J5IJy3d
} eSBf;lr=
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 X*"O'XCA
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。 bd*(]S9d
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。 O~OWRJ@p
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。 A3pQ?d[
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。 @BhAFv,7
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= MZOj6
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: =I}V PxhE7
h*Tiv^a
template < class Action > ]qHO{b4k
class picker : public Action deY<+!
{ 2A
,36,
public : pdiZ"pe
picker( const Action & act) : Action(act) {} "Oko|3
// all the operator overloaded [E7@W[xr
} ; Jz0S2&
tp2 _OQAQ
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。 o9\m?~g!E
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: P`"DepeD
.WE0T|qDX
template < typename Right > ;_&L^)~P$
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const &L~rq)r/&
{ ?.ihWbW_
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); qW >J-,61/
} #[yl;1)
&>fd:16
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > e"/X*xA
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。 rep"xV&|>o
dS=,. }
template < typename T > struct picker_maker |c/rHEZ
{
m:Abq`C
typedef picker < constant_t < T > > result; O_Q,!&*6
} ; iH0c1}<k$
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > R7E"7"M10
{ W^Y(FUy~
typedef picker < T > result; W%cPX0
} ; b7j#a#
d6&tz!f
下面总的结构就有了: 9Wrclai
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。 9<mj@bI$
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。
e90z(EF?0
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 { rn~D5R
至此链式操作完美实现。 3R.cj
fBOG#-a}
P'~3WL4MKs
七. 问题3 {HnOUc\4
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。 o]U==
]NsaFDi\
template < typename T1, typename T2 > rRel\8
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const V= PoQ9d
{ ^]gl#&"D
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); @CDRbXoFk
} #JucOWxjY
'~J6mojE
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: 3)\qts5
_4Pi>
template < typename T1, typename T2 > Hefqzu
struct result_2 {!h[@f4
{ >,vuC4v-
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; {piS3xBi
} ; j(JI$
E}2[Pb)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? h+(s/o?\
这个差事就留给了holder自己。 < *OF
e?WR={
kGP?Jx\PkH
template < int Order > d*HAKXd&:j
class holder; JH#+E04#
template <> N> Y3[G+
class holder < 1 > iwJgU
b
{ ^)~M,rW8c
public : %C<eR_
template < typename T > @oNrR$7
struct result_1 ERjf.7)d
{ D(|$6J 0
typedef T & result; 5Ncd1
} ; iI0 'z=J
template < typename T1, typename T2 > \-y i#N
struct result_2 6I0MJpLW
{ g*M3;G
typedef T1 & result; O~VUViS6$
} ; % BKTN@;7
template < typename T > >w2u
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const -bF+uCfba
{ *
=l9gv&
return (T & )r; +
aFjtb
} !ZW0yCwLQ
template < typename T1, typename T2 > nE84W$\
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 9qA_5x%"%u
{ }=FQKqtC
return (T1 & )r1; fHi+PEbR
} PV2904
} ; *TkABUL
NQ!F`
template <> u 36;;z
class holder < 2 > S\m]z e
{ D=Y HJ>-wB
public : =@>&kU%$&
template < typename T > w?q"%F;/
struct result_1 PYe>`X?
{ f9$q.a*
typedef T & result; t {}1f
} ; N}=-+E|
template < typename T1, typename T2 > { L5m`-x
struct result_2 ~-/AKaK}
{ m/AN*`V
typedef T2 & result; O{V"'o
} ; qDW/8b\ ^
template < typename T > I j /J
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const =g:\R$lQ
{ jg(A_V
return (T & )r; ->(B:Cz
} _G|6xlO
template < typename T1, typename T2 > XQA2uR4h
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const j>iM(8`t1
{ T5h[{J^
return (T2 & )r2; =Sq7U^(>
} y8@!2O4
} ; sBwgl9
Ih0GzyU*4
$B2@mC([S
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 RZZB?vx
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: P}jr 8Z
首先 assignment::operator(int, int)被调用: N.?Wev{
~nQb;Bdh%
return l(i, j) = r(i, j); ra1hdf0"
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) W=*\4B]
^BZdR<;
return ( int & )i; ;1nd~0o
return ( int & )j; q,GL#L
最后执行i = j; )r~Oj3TH
可见,参数被正确的选择了。 OsXQWSkj~
>/*\xg&J
<#UvLll
1tDN$rM5
Z6p>R;9n
八. 中期总结 I(.XK ucU
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: sAb|]Q((
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 b%BwGS(z
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 :vj buqN]
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor {~SR>I3sv
y[cAU:P?
>7|37a
kL-+V)Kl
-Da_#_F
&V"&