一. 什么是Lambda ;-T%sRI:|
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 i6h , Aw3
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, _ ;_NM5
E&RK My)
'B4j=K*
fj])
class filler {\f`s^;8{
{ K3^N_^H
public : zi}dQsy6
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} -|xyj2M
} ; fmj-&6
]i@VIvYq
Flzl,3rW4
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: *a4nd_!
Y$?<y
slMWk;fmD}
`ynD-_fTN
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Y:XxTa*
`l95I7
A?*_14&
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 .pQ4#AJ
&llp*<
i7
9rsty{J8
h $}&N
二. 战前分析 j*jO809%^
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 I 0}+}{M:
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 E6d0YgfD
t,K_!-HX+
HLcK d`$/
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); &Q"Ox{~W
/* --------------------------------------------- */ '\X<+Sm'
vector < int *> vp( 10 ); Q2[D|{Z
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); !&D&Gs
/* --------------------------------------------- */ wA<#E6^vG
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); niV= Ijt{5
/* --------------------------------------------- */ fu 95-)M
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 0@ 9em~
/* --------------------------------------------- */ 64OgE!
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Vee`q.
/* --------------------------------------------- */
D=nuK25
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 7$7Y)&\5w
[/ E_v gZ
wDV%.Cc
Yg6 f
看了之后,我们可以思考一些问题: g2WDa'{L
1._1, _2是什么? wZm=h8d
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 )_nc;&%w
2._1 = 1是在做什么? n1xN:A
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ?qt>;o|Ue
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 8j}CP
4W9#z~'
5? `*i"
三. 动工 'i|z>si[*
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: iVt*N$iZ
nx >PZb
+SSF=]4+
}pa@qZXh
template < typename T > tF<|Eja*
class assignment q|.
X[~e|
{ FU|c[u|z
T value; h@"dpmpe
public : 6*/o
assignment( const T & v) : value(v) {} H`$s63
template < typename T2 > {%5tqF
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } C{
{DZ*
} ; L+PrV y
;w,g|=RQ
f`?Y+nu}
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 daIt `} s
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment L
s=2!
SPxgIP;IR
F.b;O :
Oi=>Usd
class holder 0k5;Qf6A
{ sW B;?7P
public : )}
y1
template < typename T > !' No5
assignment < T > operator = ( const T & t) const vb-L "S?kC
{ /u
}AgIb
return assignment < T > (t); f_r1(o5:Y
} a(Bo.T<2@
} ; Wm
nsD!
mB.kV Ve0
xGq,hCQHV
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 88
*K
QUp()B1
static holder _1; xoD5z<<
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 e}? #vTRI}
#k1%}k=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); `}KK@(Y
而不用手动写一个函数对象。 gd6We)&
m?G}%u
EAcJ>
iO;q]
四. 问题分析 QW.VAF\6*
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 k, )7v
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ANy=f-V
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 h5G>FPM-=
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 SxYX`NQ
下面我们可以对这几个问题进行分析。 +! 6C^G
Y B@\"|}
五. 问题1:一致性 O&=?,zLO[
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| sAIL+O
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 6|m1z
nKJJ7'$'3
struct holder N0GID-W!/~
{ 2P8JLT*Tj
// lM C4j
template < typename T > u2^oXl
T & operator ()( const T & r) const ]BU,*YaB
{ ik77i?Hg
return (T & )r; O^I~d{M 5I
} ,qak_bP
} ; &E$jAqc
6>)]7(B<d
这样的话assignment也必须相应改动: YBN.
waL
pO$`(+q[
template < typename Left, typename Right > 0s:MEX6w|
class assignment dZm>LVjG
{ nJny9g
Left l; FS r`Y
Right r; ^9o;=!D!9
public : K3&v6 #]
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} pr.Vfb
template < typename T2 > m,v"N%k,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } G6xdGUM
} ; EN()dCQHr
*TA${$K
同时,holder的operator=也需要改动: FfN==2:b
~wIVw}
template < typename T > ehI*cf({
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const B2%)G$B
{ ;uNcrv0J
return assignment < holder, T > ( * this , t); 4_J*
0=U
} M ]W'>g)G
u4NMJnX
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 WEUr;f
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 |Sy|E
g>x2[//pk
return l(rhs) = r; ZVJbpn<lo)
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 /] ce?PPC
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: _CPe
{Q?AIp6u|
template < typename Tp > za'Eom-<u
class constant_t 7rc^-!k
{ `h(JD$w
const Tp t; dC_L~ }=
public : 'Zf_/y
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} e|+U7=CK
template < typename T > f.rz2)o
const Tp & operator ()( const T & r) const ;RW!l pGjP
{ Mi9A%ZmP
return t; Q2PY(
#
} 8HdmG{7.
} ; oJR0sbikP
}8p;w T!
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ~" B0P>7
下面就可以修改holder的operator=了 xA#B1qbw
4hg]/X"H#
template < typename T > (1%u`#5n-N
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ,2DKp hh
{ eCMcr !.
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); :#"gQ^YNp
} /}r%DND'
=;0#F&
同时也要修改assignment的operator() s%>>E!Qi_
T.GY
template < typename T2 > :^71,An >E
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } *f$mSI=
现在代码看起来就很一致了。 f
GE+DjeA
/K:M
,q
六. 问题2:链式操作 Wu<
现在让我们来看看如何处理链式操作。 97e fWYj
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。 B%Dy;zdWd/
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。 lz
EF^6I
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。 $:s1x\ol
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct |[}YM%e
g}@_
@
template < typename T > |!i3Y=X
struct result_1 41mg:xW(J
{ b[?6/#N
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; /d9I2~}B
} ; [#kfl
#QQ\xj
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: RtGETiA\b
'N)&;ADx-G
template < typename T > cfMj^*I
struct ref z9U<Z^4z+
{ Vc$x?=
typedef T & reference; _+N*4
} ; Ku*@4#<L6h
template < typename T > !]&a/$U
struct ref < T &> OljUK,I]
{ 69ia #
typedef T & reference; *qj @y'1\
} ; 4Z"DF)+}
!m^;Apuy
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: '0 GCaL*Sd
pvQw+jX
template < typename T > WmP"u7I4
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const :h=];^/E
{ 2)h
i(
return l(t) = r(t); X{P_HCd
} ez&v"J
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。 Kjc"K36{L
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 \$T
)TFaG[tj
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 VZ'[\3J
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: mEv<r6qDT
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 f}0(qN/G
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ?P,z^
最后的布局是: f%` =>l
Add )&