一. 什么是Lambda =Wk/q_.
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Cq*}b4^;
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, J1]w*2
N>pmhskN?
H1%[\X?=
71.\`'
class filler z(`
}:t
{ sL AuR
public : :EmQ_?( ^
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ;64mf`
} ; 4]aiT8))
0oj{e9h
}\u% )uZ
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: 'LbeL1ca
9sU+IT K4
6snOMa GRu
;w6fM
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Gl8&FrR
O%JsUKV
EwD3d0udL
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 `kNi*I^
)o9Q5Lq
"rx^M*"
FJf~vAQ
二. 战前分析 46K&$6eN
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 sP?$G8-^
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 W[>iJJwz
)v52y8G-p
a%T -Z.rd
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); gM3]%L_
/* --------------------------------------------- */ 2T@L{ ql
vector < int *> vp( 10 ); 1 O7]3&L@
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 0Ws;|Yg
/* --------------------------------------------- */ ;;?vgrz
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ```d:f
/* --------------------------------------------- */ 1X::0;3
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); a4T~\\,dZ>
/* --------------------------------------------- */ ?AnjD8i
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); BeI;#m0
/* --------------------------------------------- */ N~):c2Kp<9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ss`P QN
8wII{FHX
+:> J Z$
kYxl1nv
看了之后,我们可以思考一些问题: rps(Jos_~
1._1, _2是什么? a(@p0YpKT
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。 =9pw uH
2._1 = 1是在做什么? Pknc[h},
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。 !6zyJc@01
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。 T3Frc ]6,4
SLtSqG7~
MCk^Tp!
三. 动工
n1*&%d'7
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: -!J2x8Ri
W}XYmF*_?
Bf5&}2u
b4Cfd?'
template < typename T > WHUT/:?f
class assignment g/8.W
{ )RwBg8
T value; ?0rOcaTY
public : iW|s|1mh3
assignment( const T & v) : value(v) {} ge0's+E+1
template < typename T2 > K8
b+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } =2
&hQd
} ; l#D-q/k?
'lhP!E_)q
M[aT2A
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 7L=T]W
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment @iU%`=ziz
.3VK;au\\
#>8T*B
r8uqcKfU
class holder PSTu /^
{ t`"^7YFS>
public : A7k'K4
template < typename T > O)`fvpVU
assignment < T > operator = ( const T & t) const Bx(yu'g|a
{ ! FNf>z+
return assignment < T > (t); YP[LQ>
} aSOU#Csx
} ; j$@?62)6
[@m[V1D
F`!TV(,bY
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: %O#)Nq>mp
HWqLcQ d:P
static holder _1; [tUv*jw %
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 "JkZJ#
ZCm1+Y$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Wk@
eV\H71
而不用手动写一个函数对象。 q0&Wk"X%rr
<rNtY ,
ht?CHUu
I-xwJi9?,
四. 问题分析 Kw)KA^KF
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。 ~&1KrUu&
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。 *^'wFbaBO
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ezp<@'0ZT
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 !#q{Z>H`
下面我们可以对这几个问题进行分析。 jOs
H2^
BBcj=]"_
五. 问题1:一致性 A j,]n>{
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?| ],n%Xp
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 i 'qMi~{
0pD
W _
struct holder 1h2H1gy5I3
{ Vo%Yf9C
// *|mz_cKu
template < typename T > (@ "=F6P
T & operator ()( const T & r) const v"rl5x
{ 2G?$X?
return (T & )r; Vu}806kB
} 7Yuk
} ; XdpF&B&K7Q
[4p=X=B
这样的话assignment也必须相应改动: @0$}?2
C` pp
template < typename Left, typename Right > O@s{uZ|A6
class assignment N[pZIH5ho=
{ 5.wiTy
Left l; KxY$PgcC
Right r; e#.\^
public :
G+U3wF],
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ~;[&K%n
template < typename T2 > l]H0g[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ``!G I'^
} ; 2}w#3K
eK'wVg#
同时,holder的operator=也需要改动: NCi>S%pD`<
_?.\Xc
template < typename T > Pey//U
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const iNQ0p:<k
{ m4@MxQm
return assignment < holder, T > ( * this , t); /}=a{J
} 4d0#86l~J/
tRteyNA
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 NvQ%J+
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 .)7:=
bp#fyG"
return l(rhs) = r; j&WL*XP&5
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 .]P2}w)x?
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: &'s^nn]
u_LY\'n
template < typename Tp > ACb/ITu
class constant_t i}B;+0<drx
{ ]=x\b^
const Tp t; (= 9wo
public : g`n;R
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} M'q'$)e
template < typename T > G+VD8]!K1
const Tp & operator ()( const T & r) const =h|wwQE
{ K#!X><B'
return t; x`2| }AP(
} `}gdN};
} ; !2$ z *C2;
%k2FPmA6
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 yxwW j>c
下面就可以修改holder的operator=了 /Wu |)tx
U'y,YtF@
template < typename T > 3;-^YG
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const (bv,02
{ @uM EXP
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); L,?/'!xV
} !,Nwts>m
R"3
M[^
同时也要修改assignment的operator() v0#*X5C1'
JO=1ivZl
template < typename T2 > %v{1#~u
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } vX;HC'%n
现在代码看起来就很一致了。 K"\MU
Hm
fXe
六. 问题2:链式操作 wzh]97b
现在让我们来看看如何处理链式操作。 #r<?v
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。 7J|&U2}c
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。 ka/XK[/'
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。 u[")*\CP
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct m!O;>D
Yp1bH+/u
template < typename T > gcf6\f}\<
struct result_1 nWJ:=JQ i"
{ Tf x :"u
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; +@<KC
} ; JYm7@gx
gsPl _
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: tHh HrMxO
c#lPc>0xb
template < typename T > 7NL%$Vf
struct ref d-B7["z,
{ S&(^<gwl
typedef T & reference; ^$-Ye]<
} ; r?A|d.Tl
template < typename T > \.#p_U5In
struct ref < T &> A&,,9G<
{ 1ibnx2^YB
typedef T & reference; R^n@.^8s
} ; ,*Z.
HjA_g0u
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: S1J<9xqSQ8
s-*._;
template < typename T > p $ouh
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const lA^+Flh
{ !kL> ,O>/
return l(t) = r(t); * R d#{Io7
} U#
JIs
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 DC Q^fZ/
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 *5VXyt2
%gd(wzco
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 {gsdG-
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: h}L}[
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 EQ<RDhC@b
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 nSx]QREL!
最后的布局是:
Paj vb-f
Add r~7:daG*
/ \ M4m$\~zf
Divide 5 zj|WZ=1*Wp
/ \ MYLsHIPC
_1 3 '+Xlw
似乎一切都解决了?不。 l= }~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。 IQH[Q9%
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。 bb-q O#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: g(ogXA1
v [njdP
template < typename Right > e]Fp=*#
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Sr_VL:Gg
Right & rt) const dy>!KO
{ bh p5<