一. 什么是Lambda y~]>J^
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 C4#'`8E
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, H [R|U
^Me__Y
,d&~#W]
RVlC8uJ;P
class filler MJ4+|riB
{ CP["N(fF
public : bUU_NqUf*3
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} `+Wl
fk;
} ; f.,S-1D]h
!xA;(<K[^
83OOM;'
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: 7o'kdYJzo
G0xk @SE
FgKDk!ci
Y{f;qbEQH'
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); $
[0
- YJ7ne]
2PAotD4+I
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 C[|jJ9VE,
FJ}/g
?
x_s9DkX
LmseY(i
N
二. 战前分析 P8:k"i/6J
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。 q: ?6
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 6- s/\
g.iiT/b
D-69/3 PvP
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); [
!].G=8
/* --------------------------------------------- */ #zZQ@+5zw
vector < int *> vp( 10 ); doW_vu
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 5O]ph[7
/* --------------------------------------------- */ at/bes W
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); I[c/)
N
/* --------------------------------------------- */ T%VC$u4F
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); C8e{9CF
/* --------------------------------------------- */ qI5_@[S*
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 3tA6r
/* --------------------------------------------- */ 8%U+y0j6b
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); PL%U
"!+q0l1]@
p*8=($j4
?2E@)7
看了之后,我们可以思考一些问题: XSpX6fq
1._1, _2是什么? 6L}$R`s5H
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 \L<Hy)l
2._1 = 1是在做什么? Pz:,q~
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 DrC4oxS 1
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 "6FZX~]s!
Kn?>XXAc
u?&P6|J&
三. 动工 S)>L 0^M1
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: =j#uH`jgW
j[F\f>
LeF Z%y)F
wJNiw)C
template < typename T > O>IY<]x>L
class assignment 9!NL<}]{
{ %7xx"$P:R
T value; g~rZ=
public : U_K"JOZ
assignment( const T & v) : value(v) {} nxS|]
template < typename T2 > h-].?X,]Q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } cGIxE[n'
} ; @4#q
J NPEyC
onI%Jl sq
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 iV58 m
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment |a*VoMZ
bqWo*>l
)+OI}
+C' u!^)
class holder |A0BYzlVc
{ F>dB@V-
public : ^Vso`(Ss
template < typename T > !KKkw4
assignment < T > operator = ( const T & t) const M%92^;|`
{ #^|y0:
return assignment < T > (t); NjrF":'Y
} EZ:pcnL{
} ; &)zNu
3CL/9C>
.!e):&(8
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!Yq9,`
a\pOgIp
static holder _1; ;4>YPH
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 I8TqK
o$;t
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); #^4p(eZ[}
而不用手动写一个函数对象。 WK)hj{k
PV$)k>H-
't.IYBHx
[ uU"=H|
四. 问题分析 kVz9}Xp"
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。 Yd'Fhvo8
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。 mvgsf(a*'
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Tsch:r S
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 n=J~Rssp
下面我们可以对这几个问题进行分析。 LM\ H%=*L
#s>AiD
五. 问题1:一致性 b
5<&hN4g
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?| 8eq*q
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 l25_J.e
kw{dvE\K
struct holder >HNBTc=~t
{ Ne#FBRu5
// )eIC5>#.
template < typename T > `@TWZ%f6
T & operator ()( const T & r) const FjR/_GPo6
{ E6JfSH#
return (T & )r; 5.! OC5tO
} #{K}o}
} ; fIe';a
'5V}Z3zJ/
这样的话assignment也必须相应改动: ?1w{lz(P
\kWL:uU
template < typename Left, typename Right > iMjoatt
class assignment 9^;Cz>6s
{ PkX4 !
Left l; |ecK~+
Right r; JYbsta
public : ,Ei!\U^)
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} D+#OB|&Dn
template < typename T2 > yC \dM1X
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } A.tXAOM(VW
} ; 7>.d*?eao\
:j^IXZW
同时,holder的operator=也需要改动: 2qd5iOhX+
[x{z}rYH
template < typename T > ,+2!&"zD
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const PWci D '!
{ wN
NXUW
return assignment < holder, T > ( * this , t); @=_4i&]$
} I;1W6uD=
|BGB60}]f
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。 O|K-UTWH%
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 MrjgV+P}[
5"sd
return l(rhs) = r; +pUG6.j%
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。 W4Z8U0co
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Z9wKjxu+
P* X^)R
template < typename Tp > oZ,J{I!L
class constant_t B7x(<!B
{ 5PY4PT=G
const Tp t; ;k?Z,M:
public : 'Em3;`/C*+
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 7N:3
template < typename T > TOT#l6yqdd
const Tp & operator ()( const T & r) const M(
w'TE@
{ O06 2c)vIY
return t; /U$5'BoS
} ,3XlX(P
} ; 6v"WI@b4
68*a'0
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 gn//]|#H+
下面就可以修改holder的operator=了 A@uU*]TqJ8
f/7on|bv
template < typename T > &u`EYxT
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const qu\cU(H|
{ ,V^2Oa
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 1X5MknA
} =kzuU1s
G&Fe2&5!w
同时也要修改assignment的operator() rU4;yy*b
-7Bg5{FA
template < typename T2 > &?[g8A
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } #| pn,/
现在代码看起来就很一致了。 !;3hN$5
Y`N w E
六. 问题2:链式操作 ?e{hidg
现在让我们来看看如何处理链式操作。 >:Y"DX-
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。 !78P+i
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。 o75l&`
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。 _V`F_C\\#
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct HPMj+xH
Ec9%RAxl
template < typename T > t:x"]K
struct result_1 C/?x`2'
{ FuC#w 9_
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; mzf~qV^T
} ; mE\)j*Nnv
mzRH:HgN?
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: 63E)RR_Lh
2c*w{\X
template < typename T > /
Q| Z&-c
struct ref B?%e-xV-
{ 15z(hzU?#
typedef T & reference; IayF<y,8
} ; !'eh@BU;
template < typename T > s%QCdU ]
struct ref < T &> tWyl&,3?1
{ E4$y|Ni"
typedef T & reference; !J&UO/q.
} ; IG.!M@_
kyi"U A82
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: +iqzj-e&e[
1B#iJZ}
template < typename T > `@xnpA]l
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const z6*r<>Bf+b
{ 7@R^B =pb
return l(t) = r(t); LC7%Bfn!
} 6&+}Hhe
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 0.\}D:x(z
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 x)jc
?8qN8rk^+
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 %Rt
5$+dNT
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Nwj M=GG
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 u4tv=+jh
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Tn"@u&P
*
最后的布局是: 7{tU'`P>
Add W|Cs{rBc?
/ \ eZ]>;5
Divide 5 +[ng99p
/ \ V%(T#_E/6
_1 3 An_3DrUFV_
似乎一切都解决了?不。 KVevvy)W
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。 2]y Hxo/6
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。 \[G"/]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: ;qO3m-(d
c|@OD3w2lM
template < typename Right > X?YT>+g;
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const % *ng *
Right & rt) const 'l<