一. 什么是Lambda C!<Ou6}!b
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 )4 e.k$X^
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, 'urafE4M
l` lk-nb
cKca;SNql1
r,73C/*&/
class filler *SJ_z(CZm
{ :'X &bn
public : >C>.\
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ?=Z?6fw
} ; C`hU]
@1roe
G
_aSxc)?
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: K<3A1'_
X]TG<r
Tv,[DI +
O3,jg|,
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); TQF| a\M'
#CTE-W"|HE
D0-3eV-
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 &-)N'
0*3R=7_},o
gh]cXuph
]m3HF&
二. 战前分析 lfow1WRF
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 sUO`u qZV
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 I^-Sb=j?Z
NIry)'"
WaRw05r
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Gx/Oi)&/
/* --------------------------------------------- */ ~!d\^Z^i
vector < int *> vp( 10 ); q6luUx,@m
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); GR_-9}jQP
/* --------------------------------------------- */ 7&)bJ@1U
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ?dg[:1R}
/* --------------------------------------------- */ m+[Ux{$
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 194)QeoFw
/* --------------------------------------------- */ A |4[vz9>H
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); rglXs
/* --------------------------------------------- */ U?Zq6_M&
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Ffz,J6b
1.GQau~
-GrE}L
z>Y-fN`,
看了之后,我们可以思考一些问题: %ntRG!
1._1, _2是什么? kbQ>a5`,x
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。 +'HqgSPyb
2._1 = 1是在做什么? IOmfF[
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。 R
'zWYQ
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。 gR;i(81U
hL{KRRf>
"ze|W\Bv!
三. 动工 |/{=ww8|
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: !l8PDjAE
'zTLl8P
*.t7G
@qAS*3j
template < typename T > @q7I4
class assignment yvB.&<]No
{ sUQ@7sTj
T value; /nA{#HY
public : YN F k
assignment( const T & v) : value(v) {} 7Ak6,BuI%
template < typename T2 > 5U$0F$BBp
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ]N?kG`[
} ; ^u ~Q/4
igPX#$0XU
/y}xX
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 2E'UZ
m
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment !%c\N8<>GD
)Ql%r?(F+
Vt#.eL)Ee
e(t\g^X
class holder E:nF$#<'N
{ NC(~l
public : zQd
2
template < typename T > 64tvP^kp
assignment < T > operator = ( const T & t) const k5pN
{ %*}(}~
return assignment < T > (t); 2\{zmc}G-0
} Ad_hKO
} ; M8(t'jN
4H&+dRI"
eng'X-x
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: +23xev
U>N1Od4vTO
static holder _1; N<}5A%
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 wbl&
t%=tik2|7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); /gP+N2o+}
而不用手动写一个函数对象。 S<Xf>-8w
4^:=xL
"4{r6[dn
g}c~ :p
四. 问题分析 aPL+=5 8r
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。 KbeC"mi
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。 Qvhl4-XjZa
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 H/M@t\$Dc
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 cbTm'}R(G
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Pd Wx|y{%
;:NJCu G
五. 问题1:一致性 Q\Vgl(;lX
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?| Cp0=k
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 F:S}w
=t?F6)Q
struct holder O:K2Y5R?B
{ w``U=sfmV
// {)sdiE
template < typename T > _H@DLhH|=
T & operator ()( const T & r) const PCtzl)
{ k!Y, 63V=
return (T & )r; 7@W>E;go
} X"eYK/7
} ; {+>-7
9b
r9?Mw06Wc5
这样的话assignment也必须相应改动: JB<t6+"rD
Jln:`!#fDf
template < typename Left, typename Right > N"ST@/j.A
class assignment tQ#n${a@f
{ 1?l1:}^L
Left l; U]rRQ
d/:;
Right r; do'GlU oMC
public : G 01ON0
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} O;3>sLgc
template < typename T2 > p6S8VA
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } =Dj#gV
} ; ^S; -fYW2
2GG2jky{/
同时,holder的operator=也需要改动: TWX.D`W
B%68\
template < typename T > I7]8Y=xf
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ftSW
(og
{ f
_:A0
return assignment < holder, T > ( * this , t); Zv{'MIv&v
} n `Ac 3A
#KvlYZ+1
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 M<&= S
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ;$Jo+#
{P-):
return l(rhs) = r;
Q+{n-? :
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。 c &c@M$
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: |DwZ{(R"W
#w=~lq)9
template < typename Tp > eyxW 0}[
class constant_t 2~[juWbz
{ [nh>vqum
const Tp t; kq-) ^,{y
public : o2ECG`^b
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} [V`r^
template < typename T > &7s.`
const Tp & operator ()( const T & r) const @2#lI
{ s>c=c-SP.
return t; k}rbim
} }6ldjCT/,
} ; %
]U
vP,n(reM
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 7xR\kL.,
下面就可以修改holder的operator=了 e' <)V_
"J1
4C9u
template < typename T > "r2 r
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ^ZCD ~P_=
{ \b>]8Un"
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ~VB1OLgv#.
} Dt1jW
5:?!=<=
同时也要修改assignment的operator() J.%IfN
\{D"
!e
template < typename T2 > 7j{?aza
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ),!qTjD
现在代码看起来就很一致了。 B-mowmJ3dg
)U#K
六. 问题2:链式操作 ugBCBr
现在让我们来看看如何处理链式操作。 _"{Xi2@H
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。 HVAYPerH
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。 {4PwLCy
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。 9tnD=A<PS
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct !n%j)`0M
D6Wa.,r
template < typename T > 1.>m@Slr>
struct result_1 SS2%qv
{ QsW/X0YBv
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Fj!U|l\_9
} ; H;"4C8K7
cH)";]k*-
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: ajpXL
8?C5L8)
template < typename T > 47B&s
struct ref 5-A\9UC*@
{ &nK<:^n
typedef T & reference; ./~(7o$
} ; *K;~!P
template < typename T > -n;}n:wL
struct ref < T &>
AOx[
{ "Yy n/
typedef T & reference; Bbp|!+KP{(
} ; TsZ@
i@'dH3-kO
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: S]{oPc[7
K>
e7pu
template < typename T > ;n},"&
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const FiU#T.`9'
{ 3gf1ownC
return l(t) = r(t); | f##5fB
} %
u6Sr5A[s
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`_Q8 J
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 j+YJbL v
,z?':TZ
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 A2Tw<&Tw(
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ,u!sjx
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 aQ~s`^D
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 D)Dr__x
最后的布局是: wA.\i
Add :@&/kyGH
/ \ y?#
Loe
Divide 5 dqAw5[qMJ
/ \ h`wD
_1 3 BerwI
7!=
似乎一切都解决了?不。 l;V173W=&
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。 tMe ~vq[
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。 QS j]ZA
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: xezcAwW
%>s|j'{
template < typename Right > azU"G(6y?+
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const rLT!To
Right & rt) const ?%kV?eu'
{ |7Kbpj
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); S[QrS7
} J8~haim
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 9>$p
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。 $ulOp;~A%
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 A\;U3Zu
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 .sA.C]f
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 'ig'cRD6N
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? hzC>~Ub5
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: r_.S>]
{: W$LWET
template < class Action > JN6B~ZNf
class picker : public Action @|)Z"m7
{ L8n|m!MOD
public : y_9Ds>p!T
picker( const Action & act) : Action(act) {} 6zn5UW#q
// all the operator overloaded 5:Uso{
} ; ze;KhUPRm
-{_PuJ "
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。 bjS{(
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: 3mni>*q7d
y3ikWnx
template < typename Right > 59-c<I/}f
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ,2)6s\]/b
{ lys#G:H]
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); &~w}_Fjk
} BluVmM3Vj
9{uO1O\
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > E!AE4B1bd
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。 u]gxFG"
u2[w#
template < typename T > struct picker_maker kNL\m[W8$
{ [8*)8jP3
typedef picker < constant_t < T > > result; Xx(T">]vJ
} ; 3BLq CZ
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > M@ZI\
{ KG5>]_GH
typedef picker < T > result; ]s748+
} ; ]9,;K;1<
FGQzoS
下面总的结构就有了: v9UD%@tZ
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。 #o2[hibq
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。 Q5_o/wk
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 o`RKXfCq
至此链式操作完美实现。 o?
$.fhD
6`-jPR
JMM W
七. 问题3 [fIg{Q
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 c0fo7|
I2^8pTLh
template < typename T1, typename T2 > <^uBoKB/f
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const bs'n+:X`
{ ]0\MmAJRn
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); VD\=`r)nT
} t()c=8qF|u
r"R#@V\'1b
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: ri.I pRe
zv"Z DRW
template < typename T1, typename T2 > Hq 188<
struct result_2 I`p;F!s
{ as_PoCoss
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 5 u0HI
} ; !Rt>xD
;({W#Wa
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? NgCvVWto
这个差事就留给了holder自己。 @ry_nKr9
/H==Hm/
*WT`o>
template < int Order > AzxXB
class holder; 7\q~%lDE
template <> 6MkP |vr6
class holder < 1 > ;w[0t}dPl
{ OydwE
public : O0y_Lm\
template < typename T > veh<R]U
struct result_1 m9Hit8f@Q
{ *D3/@S$B
typedef T & result; ""|Qtubv
} ; >e"#'K0?\
template < typename T1, typename T2 > YUIi;
struct result_2 :08,JL{
{ ?S$P9^ii'
typedef T1 & result; xF44M]i
} ; 8ITdSg
template < typename T > '6Q=#:mc\
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const C73kJa
{ ?1eK#Z.
return (T & )r; fwf$Co+R:*
} $p?aVO
template < typename T1, typename T2 > %|i`kYsy
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ^ovR7+V
{ Y.r+wc]
return (T1 & )r1; `$C
n~dT
} 8pgEix/M5o
} ; 'X2POay1
(*)hD(C5
template <> ox (%5c)b|
class holder < 2 > &IB