一. 什么是Lambda h /iL/Q=
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 (D<_
iV
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, {V7W!0;!
qh]D=i
}x A Eu,n^
99KW("C1F
class filler VUneCt%
{ 'vP"&lrn
public : _9pcHhJux
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} >z"\l
} ; es6]c%o:t^
X21k7 Ls
Y\
C"3+I
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: qexnsL
_{
Np_(g
J4woZ{d
+~7x+6E
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); +I<^w)
"Dt:
8Nf^
Q"Pl)Q\
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Q2)CbHSz
]YciLc(
zMg(\8
/a .XWfu
二. 战前分析 v;WfcpWq2
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。 {hH8+4c7
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 H"; !A=0
8
U<$u,WS
\dHdL\f
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); HOr.(gL!
/* --------------------------------------------- */ =mp"=%
vector < int *> vp( 10 ); 6N#0D2~^
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); uBUT84i
/* --------------------------------------------- */ v[b|J7k
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); i"h~QEE
/* --------------------------------------------- */ Oj F]K,$
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); nw
/* --------------------------------------------- */ sPP(>y( \
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 7%sx["%@
/* --------------------------------------------- */ )F\^-laMuK
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1);
oB8LJZ;
ml1My1
sDZ<XA
?X'l&k>
看了之后,我们可以思考一些问题: +v)+ k
1._1, _2是什么? "<$JU@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。 bCg)PJuB
2._1 = 1是在做什么? rUW/d3y
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。 IQ $/|b/
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 }? :T*CJ
g@Z7f y7
T!2gOe
三. 动工 b(Nxk2uv
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: peZ'sZ 6
*G"}m/j-
NcyE_T
n.b_fkZNr
template < typename T > Fp(-&,L0fc
class assignment *?x[pqGq
{ VD90JU]X<
T value; m5%E1k$=
public : vWZ?*0^
assignment( const T & v) : value(v) {} w\}Q.$@
template < typename T2 > \GdsQAF"
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } w?JM;'<AYQ
} ; 87-z=>IU
w gkY\Q
l3Wh&*0
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 *s%M!YM
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment HXP/2&|JY
u):Nq<X
FfM,~s<Efz
v@1f,d
class holder vVFT0_
{ ;XI=Y"h{%
public : c{{RP6o/j=
template < typename T > [<JY[o=
assignment < T > operator = ( const T & t) const fD#!0^
{ bqwn_=.
return assignment < T > (t); ^5Ob(FvU
} 4vMjVbr
} ; /_V4gwb}|-
Is(ZVI
'EO"0,
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 2&0#'Tb
R,8460e7
static holder _1; =kBWY9:$,
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ZJ%iiY
0I}c|V'P
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); (L,>P`CR6
而不用手动写一个函数对象。 -cB>; f)5r
]owcx=5q%'
V?r(; x
|5(un/-C
四. 问题分析 bmw"-W^U[
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。 Ih%LKFT
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。 ,H@ x.
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 |6w{%xC?"
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 bI :cYn1
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ,h},jkY4
\os"j
五. 问题1:一致性 **~1`_7~*
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?| ]DK.4\^
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。
PX5U)
|D~#9
struct holder [g@.dr3t
{ |Li9Y"5
// yC9~X='D
template < typename T > )
B[S4K2
T & operator ()( const T & r) const tWI%P&b
{ -f=4\3y3p
return (T & )r; $c];&)7q
} 2T-3rC)
} ; WjF#YW\
xX\A&9m
这样的话assignment也必须相应改动: N3&n"w _d
,H5o/qNU`{
template < typename Left, typename Right > %!V =noo
class assignment GQ1m
h*4$
{ RsnFjfb'
Left l; r^ +n06[
Right r; wyUfmk_}
public : : G0^t
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} FK,Jk04on
template < typename T2 > dRXdV7-!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } S!R:a>\
} ; gFw-P#t
m8z414o
同时,holder的operator=也需要改动: xj.)iegQ
;f~z_3g
template < typename T > Z]k+dJ[-
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const vU!<-T#
{ ^e:rRk7 &
return assignment < holder, T > ( * this , t); M%N_4j.
} "/zDcZbL;
Kc{~Q
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。 4 moVS1
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Wf9K+my
kg()C%#u
return l(rhs) = r; #W[C;f|,
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。 2D"\Ox
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: -"w&g0Z
)Zit6I
template < typename Tp > .ot[_*A.FD
class constant_t m*\XH
DB
{ y*5$B.u`.
const Tp t; jrm
L>0NZ
public : \j~LxV
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} I#GsEhi
template < typename T > \++#adN:K
const Tp & operator ()( const T & r) const KL+, [M@ F
{ i`vgD<}
return t; Q=.j>aM+_
} -LMO
f[v?
} ;
]tO9<
GFO(O
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 #)28ESj
下面就可以修改holder的operator=了 0?\d%J!"S
4e9'yi
template < typename T > !_LRuqQ?"
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const D(^ |'1
{ ~e R6[;
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 5wGc"JHm
} F(+dX4$
6ZwFU5)QE/
同时也要修改assignment的operator() D3kx&AR
etLA F
template < typename T2 > a?ii)GGq
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } w@ \quy:
现在代码看起来就很一致了。 t?cO>4*|
A]mXV4RmI
六. 问题2:链式操作 jBnvu@K "
现在让我们来看看如何处理链式操作。 x#&%lJT
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。 7Jvb6V<R
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。 PU{7s
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。 ]QK@zb}x
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 9lCZi?
1
Ll<^P
template < typename T > {;Ispx0m
struct result_1 cb9q0sdf
{ Q.`O;D}x
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 09C[B+>h
} ; 8A3!XA
eWwI@ASaA
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: `PeWV[?
*kWrF* )J
template < typename T > B:QAG
struct ref O)WduhlGQ
{ YF(TG]?6
typedef T & reference; UXN!iU)
} ; 7s-ZRb[)1
template < typename T > ]U,f}T"e
struct ref < T &> K h;jiK !
{ =_Y#uE$
typedef T & reference; =#ls<Zo:
} ; nolLeRE1
czHbdEh
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: JYU0&nZl4
=/]d\JSp
template < typename T > ,6FmU$
Kn
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ^9PB+mz
{ )./'`Mx?
return l(t) = r(t); @I$;
} _&
qM^
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 %knPeo&
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 d)7V:
%T:7I[f
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 }v?_.MtS
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ]$gBX=
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 4)=\5wJDg1
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 /\&Wk;u3
最后的布局是: Q-LDFnOFwp
Add muqIh!nn
/ \ =7WE
Divide 5 09>lx$
/ \ 3d0Yq
_1 3 (e$/@3*
似乎一切都解决了?不。 C/L+:b&x~
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。 Q~p[jQ,4wZ
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。 ]C
me)&hX
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: t6H9Q>*
!\%0O`b^4
template < typename Right > 8=h$6=1S
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const >9v?p=
Right & rt) const 7>Oa, \
{ \x_fP;ma=_
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); G~\ SI.
} )FfJ%oT}
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 #r4S%
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。 ihrl!A5
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。 /6%<