一. 什么是Lambda "w3#2q&
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Q?df5{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, E`68Z/%
Ce 3{KGBw
j G8W|\8
zzlV((8~
class filler A2 'W
{ :^~I@)"ov
public :
~Dvxe
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ~)Z{ Yj9)S
} ; ia#Z$I6
=.197)e
H+Dv-*i
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: 7Gg3$E+#*
B->3/dp2c'
)BI6nU
rH@{[~p
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); R+vago:
D; xRgHn
~,j52obR6Z
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 T](N
^P
}6zo1"
Mrpz (})
N<&"_jzm
二. 战前分析 >fG=(1"
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。 O |45r
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 ?U+^ctwv7
{C+blzh6
N|t!G^rP
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); D c5tRO
/* --------------------------------------------- */ dw'&Av'
|E
vector < int *> vp( 10 ); )F_0('=t
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 8:*
/* --------------------------------------------- */ (9g L
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); P`ZzrN
/* --------------------------------------------- */ }J=>nL'B
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); k:1p:&*m
/* --------------------------------------------- */ aMaICM
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); @E Srj[
/* --------------------------------------------- */ gumT"x .^
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); QH~;B[->
AT@m_d
c3S}(8g5.
Tp
vq5Cz
看了之后,我们可以思考一些问题: QH z3
1._1, _2是什么? [4p~iGC
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。 b)+nNqY|
2._1 = 1是在做什么? )Z4ilpU,
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。 c*>8VW>
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。 }STTDq4
4oxAC; L
^,W;dM2
三. 动工 5UWj#|t
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: -"Mq<XO&51
?w^MnK0U)
c?ZM<Y"
AkMP)\Q
template < typename T > :#_Ne?\a@
class assignment H?]%b!gQG
{ c5 ^CWk K
T value; ,|5|aVfh
public : Ez()W,6]g
assignment( const T & v) : value(v) {} !U6q;'
)-
template < typename T2 > %5g(|Y]
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } /x2-$a:<
} ; =&%}p[
3g
V47z;oMXct
\mK;BWg)
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 aM U0BS"
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Gm`#0)VC
B/Jz$D
h7r*5E
+(Q$GO%
class holder kZb #k#
{ _?VMSu
public : g:dtfa/]
template < typename T > 8Pb~`E/
assignment < T > operator = ( const T & t) const K_SURTys
{ 3@}rO~
return assignment < T > (t); }Gvu!a#R
} qdW"g$fW
} ; *'i9
.ei5+?V<i
<cof
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: $O'IbA
;!~&-I0l
static holder _1; Z]~) ->=}
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 %XC3V7
5>Kk>[|.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); _^%DfMP3i\
而不用手动写一个函数对象。 OrC}WMhd
4Tdp;n\F
Mg"e$m
cFD3
四. 问题分析 rp&XzMwC4
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。 <%Al(Lm0
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。 twWzS
4;
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 * :kMv;9
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 EvP\;7B
下面我们可以对这几个问题进行分析。 !VDNqW
-P6Z[V%
五. 问题1:一致性 n g,&;E
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?| =&K8~
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 iNCT( N~.
f>CJ1;][{
struct holder <q`'[1Y4
{ 7Gwo:s L
// 5+DId7d'n
template < typename T > ]&;K:#J
T & operator ()( const T & r) const e,K.bgi
{ d1qvS@
return (T & )r; /R(]hmW
} xYd]|y
} ; v ^R:XdH
"@^^niSFl
这样的话assignment也必须相应改动: <9 dfbI)
YB}m1g`
template < typename Left, typename Right > x
DiGN Jc
class assignment XN&cM,
{ C~-.zQ$
Left l; ?/}N
Right r; ;5p;i8m
public : wJc`^gj
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} /lS5B6NU
template < typename T2 > }' p"q)
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } %dwI;%0
} ; R>D [I.
R wTzS;
同时,holder的operator=也需要改动: jwL\|B oE
Ul<:Yt&nI
template < typename T > Y|!m
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const "wR1=&gk
{ yz<$?Gblz
return assignment < holder, T > ( * this , t); =5;tB
} =E
w<s5C@
Qv
WvS9]
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。 Q?2GwN
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 8-"D.b4
HcQ)XJPK
return l(rhs) = r; QJy1j~9x
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。 K>vi9,4/ks
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: $%6.lQ
#LR.1zZ
template < typename Tp > k`((6
class constant_t Q ~f mVWq
{ d:Oo5t)MN
const Tp t; oZ_,WwnE
public : X`20=x
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} >{)\GK0i7
template < typename T > nX_w F`n"
const Tp & operator ()( const T & r) const 8ZF!}kb0F
{ JT! Cb$!
return t; ~p`[z~|
} |ju+{+
} ; b]4\$ rW7
A<y]D.Z"
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 vW-o%u*
下面就可以修改holder的operator=了 <{T5}"e
pkf$%{"e
template < typename T > P0/Ctke;
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 2YQ;Kh"S
{ x=03WQ8
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); - -\eYVh[
} qjsEyro$-
" ?Ux\)*
同时也要修改assignment的operator() y(wb?86#W5
_;,"!'R`f
template < typename T2 > Iw4[D#o
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } m
al?3*x/
现在代码看起来就很一致了。 H]}mg='kI
mX%T"_^
六. 问题2:链式操作 '=`af>Nc
现在让我们来看看如何处理链式操作。 -(},%!-_
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。 }9V0Cu1
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。 Nwo*tb:
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。 +|--}iE5n
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct X%$1%)C9
Zb7%$1)L~
template < typename T > p}Um+I=1
struct result_1 H;seT XL
{ Qv<p$Up6
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; `MHixQ;j
} ; Q@uWh:
)3WUyD*UZN
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: }9 ]7V <
:PK2!
0nK
template < typename T > _<GXR
?
struct ref '0=mV"#H{
{ t`Rbn{
typedef T & reference; `GSl}A
} ; jwg*\HO,s
template < typename T > 6!HYx
struct ref < T &> -,+~W#n
{ EiDnUL(W7h
typedef T & reference; *a^wYWa
} ; <iBn-EG l>
`oTV)J'~
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: @?jbah#
;Y,zlq2
template < typename T > IML.6<,(Z
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const CkRilS<
{ S5:&_&R8[
return l(t) = r(t); 8>9MeDE
} I/%L,XyRI
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。 29l bOi
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 RG=i74a
->*~e~T
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 ]T{v~]7:{
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: JAM]neKiX
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 5|7<ZL3
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 !*3]PZ25a(
最后的布局是: H|$
*HQm
Add GO.7IL{{
/ \ @
M4m!;rM
Divide 5 M~h.MPI
/ \ If]rg+|U
_1 3 /'zXb_R,$
似乎一切都解决了?不。 "sIww
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。 `H q*l"8
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。 j"jQiL_*
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: xLb=^Xjec
(5A8# 7a
template < typename Right > M?=I{}!@Q
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Fn0|v66
Right & rt) const })`z6d]3
{ 'BUfdb8d
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); &'`ki0Xh;
} NHQoP&OG
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 WFzM 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。 q{%~(A5*H
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。 5i}g$yjZ<
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 As5-@l`@
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 Ly/
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? #k1IrqUp
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: @FZ_[CYg
~N/a\%`
template < class Action > t&p I
class picker : public Action XwfR/4
{ AyW=.
public : |#{ i7>2U
picker( const Action & act) : Action(act) {} ;>/yY]F7
// all the operator overloaded XZS%az1%
} ; >JA>np
ujl?!
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 j/q&qrlL
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ~W={"n?=
`DE_<l
template < typename Right > +]( #!}oH
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const `mI5Z*]-
{ 8GRB6-.h
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); \3]O?'
} Tm9sQ7Oj(
?`xm_udc
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > =HB(N|9 _d
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 EiaP1o
i`Qa7
template < typename T > struct picker_maker IlwHHt;njp
{ @4Zkkjc4b
typedef picker < constant_t < T > > result; Pd& Npp3
} ; R^=v&c{@
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > x4MTE?hT
{ W8Wjq
DQ
typedef picker < T > result; I(WIT=Wi<
} ; Y@<jvH1
=}@1Z~
下面总的结构就有了: ir>S\VT4
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 \rATmjsKzS
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 "'GhE+>Z
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 G;J)[y
至此链式操作完美实现。 x%O6/rl
s"J)Jc
_"OE}$C
七. 问题3 '/OQ[f=K
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。 SjY|aW+wAL
OSLZ7B^
template < typename T1, typename T2 > ^ fyue~9u
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const s&'FaqE
{ | lZJt
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Fa\jVFIQ
} !! )W`
mhOgv\?
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: Ud2Tn*QmI
-j2y#aP
template < typename T1, typename T2 > Ml;` *;
struct result_2 (2QfH$HEk
{ >qOj^WO~
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; w (z=xO
} ; ]zCD1*)
BX6kn/i
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? +]zRn
这个差事就留给了holder自己。 #D%6b
XN>bv|*q
BjsTHS&
template < int Order > fLd2{jI,
class holder; }N ).$
template <> ].5q,A]
class holder < 1 > `u
R`O9)e
{ RHpjJZUV
public : R*FDg;t4
template < typename T > $duT'G, -
struct result_1 .Pte}pM"v
{ g oyQ',+
typedef T & result; S("dU`T?
} ; ~IWdFUKk
template < typename T1, typename T2 > [}GK rI
struct result_2 B"\9sl X
{ "wg$ H1K
typedef T1 & result; 9$U4x|n
} ; ggitUQ+t;G
template < typename T > H~mp*S
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const Q$ Dx:
{ E/wxX#]\
return (T & )r; ^W9O_5\g4a
} %;R&cSZ