一. 什么是Lambda &>fd:16
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Tou~U[V+
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, R\amcQ
9
r= aQS5
!P3|T\|]+
k8V0-.UL}
class filler W^Y(FUy~
{ 1dsxqN(:
public : >@uYleD(
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} y<(.,Nb8
} ; .&.CbE8K[
9Bw"VN]W
&W!@3O{~.
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: ix`x dVj`
V'/%)oU\"
\RO Sd
0u\@-np
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ^%JWc 3jZ
^umAfk5r?H
i( HhL&
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ) &-E@% \
IPR396J+-
U$bM:d
RA/yvr
二. 战前分析 C\D4C]/8
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 V485Yn!$(
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 f}eVfAf
'L/TaP/3
7Y:s6 R|
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); iX p8u**
/* --------------------------------------------- */ l !v#6#iq
vector < int *> vp( 10 ); E !M+37/
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); +%v4Ci"%y
/* --------------------------------------------- */ Cj9Tj'0@I+
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); WcFZRy-erc
/* --------------------------------------------- */ ^pa).B.`T
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); "RA$Twhj
/* --------------------------------------------- */ I|H mbTXa
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); lc7]=,qyF
/* --------------------------------------------- */ YeJdkt
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); b}*hodzF
_P:P5H8
bT}WJ2}
B#yyO>0k]
看了之后,我们可以思考一些问题: PV2904
1._1, _2是什么? K<tg+(3
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 bX1ip2X
lk
2._1 = 1是在做什么? CjGI}t
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 =fPO0Ot;
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ,e,{6Sg6gl
w5Xdq_e3
J:a^''
三. 动工 sJWwkR
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ~-/AKaK}
JV>OmUAk
qDW/8b\ ^
M> <
template < typename T > iVcBD0 q)
class assignment 2RCnk&u
{ 9^tyjX2
T value; 6BnjT
public : j3><J
assignment( const T & v) : value(v) {} 5`Bb0=j
template < typename T2 > Ih0GzyU*4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } x@=7M'vr%
} ; "x11 YM{F
xjpW<-)MLf
EbQ} w"{
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 7vFqO;
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ?kSs7e>
4/4IZfznX
va0
a4s1O
EA\~m*k
class holder Z6p>R;9n
{ z,tax`O
public : !ktr|9Bl
template < typename T > sXWMXQ3
assignment < T > operator = ( const T & t) const 0/Csc\Xl
{ `6/7},"9t
return assignment < T > (t); z!%}0
} };*5+XY^
} ; .1@5*xQ5O
}73H$ss:
?6Gq &
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: X:A\{^~
qv:WC
TAn
static holder _1; aF:I]]TfK~
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 7>nA;F
8_
#L"h>,b
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ,oCr6 ]
而不用手动写一个函数对象。 VioVtP0
U;(&!Ei
Lv_>cFJ}[
*VH1(E`hl
四. 问题分析 x~W&a*WNT
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。 [8"nRlXH
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。 5XhV+t
g.
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 by
{~gu
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 O/Fzw^
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ukw'$Yt2
,=mn*
五. 问题1:一致性 X#J[Nn>
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| GXAcyOV
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 (HTVSC%=
hi37p1t
struct holder *}?^)z7w
{ /ZczfM\
// qRU8uu
template < typename T > /XXW4_>
T & operator ()( const T & r) const s:jwwE2
{ 8Hhe&B
return (T & )r; f.,-KIiF
} A%9"7]:
} ; C}Khh`8@5.
8]0^OSS
这样的话assignment也必须相应改动: OvFZ&S[
w,\Ua&>4
template < typename Left, typename Right > 4'{j'kuv
class assignment ]Z~H9!%t
{ z_zr3XR9
Left l; L<E`~\C'
Right r; H}:apRb
public : ?vZ&CB
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} )q#b^( v
template < typename T2 > 0s4%22
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } HMBxj($eR
} ; ZJ!/49c*>
Z!#zr@'k
同时,holder的operator=也需要改动: Q.!8q3`
Q<"zpwHR
template < typename T > vHao
y
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const FO*Py)/rX
{ w{0UA6 +
return assignment < holder, T > ( * this , t); W1Ht8uYG3
} &
K7+V
&359tG0@P
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。 75{QBlf<
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 E9|i:
,cpPXcz ?,
return l(rhs) = r; -FJ5N}R
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。 %[RLc[pB
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: C,K P!B{
lqu1H&
template < typename Tp > W[+E5I
class constant_t @
j'I
{ \p.ku%{
const Tp t; Cgt{5
public : V"
I+E
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} M,6m*
template < typename T > zX(p\NU
const Tp & operator ()( const T & r) const z )k\p'0"
{ A`IE8@&Z'
return t; xez~Yw2
} 5&6S["lt
} ; z$;z&X$j
GYCc)Guc
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ?/NxZ\
下面就可以修改holder的operator=了 WFy90*@Z
m ?LOd9
template < typename T > 8{@#N:SY
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 'R?;T[s%
{ wn5CaP(]8
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ><5tnBP|+L
} Hb IRE
p)d'yj
同时也要修改assignment的operator() D@&0 P&
TDA+ rl
template < typename T2 > K@`F*^A}V
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } D.4=4"qMi
现在代码看起来就很一致了。 \,lgv
b4i=eI8
六. 问题2:链式操作 :Q"]W!kCs
现在让我们来看看如何处理链式操作。 _=8x?fC:rl
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。 MHk\y2`/;
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。 KE6[ u*\
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。 r( :"BQ
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct }5FdX3YR
u:NSPAD)
template < typename T > ~M2w&g;1
struct result_1 5&\Q0SX(~
{ b\ F(.8
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; P$4G2>D8dg
} ; u.gnvdU
D`2Iy.|!
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: }LN +V~
D~G24k6b3
template < typename T > *dL!)+:d
struct ref ?(n|ykXwc
{ &%$r3ePwc
typedef T & reference; ci <`*>l
} ; wZ5+ H%x
template < typename T > Z>{3t/`
struct ref < T &> ,?P @ :S<8
{ ;gu_/[P
typedef T & reference; _p<s!
} ; $RfM}!7?
AbC/
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: V \,Z (
SoI"a^fY
template < typename T >
%tT&/F
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const KW]/u
{ qe8dpI;
return l(t) = r(t); 06|+_
} TW8E^k7
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。 b)tvXiO1>
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 $WI=a-;_e
h/j+b.|
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 l\vtz5L
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: _=Ed>2M)no
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 wO;\,zU
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 >jD,%yG
最后的布局是: Z?kLAhy!
Add o}C| N)'
/ \ @kw#\%Uz
Divide 5 (,#Rj$W
/ \ p,.+i[V
_1 3 !/^i\)j>](
似乎一切都解决了?不。 B{^o}:e
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。 rLw3\>y
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。 })rJU/
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: q-P$ \":
g.ty#Z=:
template < typename Right > ?4GI19j
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ua#sW
Right & rt) const cLj@+?/
{ 2iYf)MC
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 1bs8fUPB3
} z;yb;),
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 c+|,qm
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。 d~1Nct$:
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。 ~GZ!;An
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。 ">PpC]Y1
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。 ;gfY_MXnF
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? /R7qR#
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: ]@)T]
o-"/1 zLg4
template < class Action > <8nl}^d5
class picker : public Action \' (_r
{ HQlhT
public : H)tnxD0)
picker( const Action & act) : Action(act) {} W&