一. 什么是Lambda 3jJV5J'"
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Zn)o@'{}{
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, Oz]$zRu/0
\/Q~C!
X#h a*u~U
*x p_#
class filler D[6sy`5l
{ ".#h$
public : ~Cyn w(
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} e F}KOOfC
} ;
;Q/1l=Bn
OR+py.vK
awQGu,<N
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: z `\KQx
W[Z[o+7pK
p*@t$0i
j%Uoigi
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ObreDv^,
e!w2_6?3
Q/j#Pst
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 I*cb\eU8Y
]uh/ !\
3N2d@R
DOkuT/+
二. 战前分析 v6L]3O1
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 mO]dP;,
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 5K$<Ad4$b
).e}.Z6[i`
<W7WlT
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); H)dZ0n4T
/* --------------------------------------------- */ xkSVD6Km
vector < int *> vp( 10 ); YG0b*QBY~
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); [Ran/D\.
/* --------------------------------------------- */ OBF-U]?Y
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); toOdL0hCe
/* --------------------------------------------- */ hV)
`e"r\s
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); y
)<+?@sP
/* --------------------------------------------- */ SXJjagAoML
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 7,alZ"%W
/* --------------------------------------------- */ }K,3SO(:
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); fWs*u[S
Q4]Od{[
N$:-q'hX
akCCpnX_d
看了之后,我们可以思考一些问题: swJQwY
1._1, _2是什么? Y;g\ @j
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。 =kK%,Mr
2._1 = 1是在做什么? '`W6U]7>
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。 ZIh)D[n
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。 cdSgb3B0
`@:TS)6X0
aZtM
_
三. 动工 V
joVC$ZX
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: }:J-o
"K+EZ%~<
q68m*1?y
[!uVo>Q4
template < typename T > #@1(
class assignment 4HGS
{ STg}
Z
T value; 1O,8=,K2a
public : S>j.i
assignment( const T & v) : value(v) {} @+y,E-YTdV
template < typename T2 > m] -cRf)9
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } })J}7@VPO
} ; # Oq.}x?i
7i#/eRui
!3DY#
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 +.|RH
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment }*qj,8-9
pDvznpQ
.EH1;/
d 79 2#Dc
class holder C'Y2kb
{ [U"/A1p
public : Jm< uE]9
template < typename T > aS\$@41"
assignment < T > operator = ( const T & t) const tB(~:"|8
{ %p&y/^=0I
return assignment < T > (t); zf^|H%
~^
} /Ah&d@b
} ; SZR`uS
H?xYS|
n
QH,(iX6RY
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: M#m;jJqON
N0NFgW;
static holder _1; YB2gxZ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 %so{'rQl
Qj(ppep\U"
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); G\V*j$}!
而不用手动写一个函数对象。 &,{YfAxQ`
Jo~fri([%Q
yq^Ma
n%4/@M
四. 问题分析 (-&d0a9N
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。 hv\Dz*XTs0
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。 Y|
ch ;
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 <l5m\A
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Cz9MXb]B
下面我们可以对这几个问题进行分析。 3hUP>F8
VRD^> Gi
五. 问题1:一致性 MHye!T6fO\
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?| 0\@oqw]6hv
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ijzwct#.
8VO];+N
struct holder P*VZ$bUe5@
{ zZ<*
//
~vM99hW
template < typename T > Np r u
T & operator ()( const T & r) const >'.: Acn
{ rzLW@k
return (T & )r; 4i+%~X@p
} N>]J$[j
} ; f:J-X~T_f
#Q*V9kvU/H
这样的话assignment也必须相应改动: qc\D=3#Yp
]6A wd A
template < typename Left, typename Right > ZKpJc'h
class assignment ('Uj|m}9
{ ZrZDyXL
Left l; K4YD}[
Right r; 7v0AG:
public : PB8g4-?p6
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} )4c?BCgy
template < typename T2 > R:R<Xt N`5
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } $&KkZ
} ; |d*a~T0
lmD[Cn
同时,holder的operator=也需要改动: pIYXYQ=Z
.uxM&|0H
template < typename T > aJA( UN45
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const af9KtX+
{ ,u)jZ7
return assignment < holder, T > ( * this , t); H6|eUU[&
} 0\B{~1(^
>!a- "
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 RtpV08s\
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 W g6H~x
BzO,(bd!PI
return l(rhs) = r; RwOOe7mv
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 SPt/$uYJ
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: YhS_ ,3E
^m&P0
template < typename Tp > u#Jr_ze
class constant_t @h!Z0}dX(
{ , c{ckm
const Tp t; ?h%Jb^#9
public : ctjQBWE
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} N
fG9a~
template < typename T > $u yx
const Tp & operator ()( const T & r) const '=#fELMW
{ >8=lX`9f{
return t; 0.w7S6v|&
} UOl*wvy
} ; }f?[m&<
E]GbLU;TH
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 A~<!@`NjB
下面就可以修改holder的operator=了 f% )9!qeW
BK6
X)1R
template < typename T > 5\#I4\
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const >0<n%V#s:r
{ 5Pn.c!
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t));
%DXBl:!Y`
} K%x]:|,>M
IM/xBP
同时也要修改assignment的operator() x-X~'p'f
tH.L_< N
template < typename T2 > QeuM',6R
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } =|ODa/2p
现在代码看起来就很一致了。 [3nWxFz$R
{B4qeG5
六. 问题2:链式操作 g3>>gu#0DC
现在让我们来看看如何处理链式操作。 hd~#I<8;2
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。 vO~Tx
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。 1PUZB`"3
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。 ,qv\Y]
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct L~Peerby
/w(g:e
template < typename T > {tY1$}R
struct result_1 kmc"`Ogotw
{ %<(d%&~
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; |l+5E
} ; 8B?U\cfa^
jHn7H)F8
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: %]DA4W
=&$z
Nc4h
template < typename T > c3g`k"3*`
struct ref Abt<23$h
{ %'2.9dB
typedef T & reference; 7H< IO`
} ; Q!V:=d
template < typename T > S_Wq`I@b
struct ref < T &> "V26\
{ s_VcC_A
typedef T & reference; 9*ZlNZ
} ; sg2% BkTI
E1OrL.A6
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: }P.Z}n;Uj
;<m`mb4x[
template < typename T > 7_76X)gIV
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const $Vq5U9-
{ d8w3Oz54
return l(t) = r(t); prz COw
} ~U"m"zpLP
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 &s vg<UZ
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 bHv"!
?{B5gaU9F
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 p8%qU>~+4
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: kodd7 AD
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 nk%v|ZxoFv
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 52tc|j6~#
最后的布局是: 0
h!Du|?
Add L#byYB;E{
/ \ T[k$ [
Divide 5 __.MS6"N
/ \ f?)7MR=
_1 3 <;PKec
似乎一切都解决了?不。 ,mp<<%{u
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。 $$1t4=Pz
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。 "}*D,[C5e
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: wb?k
gI;"P kN
template < typename Right > ?1JY6v]h4
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const hoqZb<:
Right & rt) const 4i)5=H
{ bN zb#P#hP
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); D~ Y6%9
} l X+~; 94
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 i`r`Fj}-S-
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。 BL16?&RK
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。 Nb&j?./
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。 3U{
mC}F
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。 d,98W=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? ',0:/jSz
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: VbvP!<8
T3{~f
template < class Action > .F 6US<]
class picker : public Action },l
i'r#p
{ \j`0f=z_
public : y&,|+h
picker( const Action & act) : Action(act) {} 'lA}E
// all the operator overloaded ZPG,o5`%
} ; :.e'?a
^rVHaI
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。 VRQ`-#
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: c.IUqin
M8X6!"B$Y
template < typename Right > {f#QZS!E
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const I$t8Ko._"
{ AF{uFna
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); uNyN[U
} 5cIZ_#
EyA
ny\"
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > CsA (oX
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。 vu*e*b$}
2lpPN[~d
template < typename T > struct picker_maker 8Re[]bE
{ /GO-
typedef picker < constant_t < T > > result; <@;}q^`
} ; @c]KHWI
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 8>eYM
{ rzAf {2
typedef picker < T > result; 9Q4{ cB
} ; {fACfSW6
9m)$^U>oz
下面总的结构就有了: Hp=BnN
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。 qhxMO[f
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。 hi!A9T3%}M
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ;^xM"
{G8
至此链式操作完美实现。 wG[nwt0L
f%o[eW#
HRyFjAR\?
七. 问题3 V
,p~,rC
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。 ^Qx?)(@
Q`9c/vPU
template < typename T1, typename T2 > UXBWCo;-
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 1,+<|c)T?
{ #MA6eE'R
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); sWr;%<K
} p6<JpW5@_
Ux=~-}<-w
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: #("M4}~
r&4Xf#QD6
template < typename T1, typename T2 > /&Oo)OB;
struct result_2 PG63{
{ *0>`XK$mWo
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ;Yee0O!d4
} ; ]M*`Y[5"
,6{z
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? a
-Pz<*
这个差事就留给了holder自己。 A,_O=hA2I
; R+>}6
>XgJo7u
template < int Order > e
n~m)r3&
class holder; Sxq@W8W
template <> Qf( A
class holder < 1 > T5u71C_wmt
{ jlj ge=#c2
public : 66pjWS
{X
template < typename T > .b]sQ'
struct result_1 "KP]3EyPc
{ >; MJm
typedef T & result; .gg0rTf=-
} ; 6U ! P8q
template < typename T1, typename T2 > vd lss|
struct result_2 DSwb8q
{ dB_0B.
typedef T1 & result; J]TqH`MA
} ; k 3m_L-
template < typename T > J~5V7B
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const MMFg{8
{ G*N[t w
return (T & )r; $$m0mK
} P5?VrZy
template < typename T1, typename T2 > _ARG
"
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const p Run5 )7
{ Qa_V
return (T1 & )r1; Vr},+Rj
} I*N"_uKU
} ; csW\Q][
9s"st\u
4
template <> Z>`\$1CI
class holder < 2 > N~=I))i
{ y-3'qq'E
public : ^ 4<