一. 什么是Lambda wc}4:~
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 -9s&OKo`({
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, BG]|iHi
Ik=bgEF
"`[4(j
!4$o*{9Lx:
class filler d#I; e
{ S;nlC
public : <sjz_::V8R
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 4X>=UO``L
} ; Y}r UVn
XIp>PcU^
ksAu=X:
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: l?x'R("{
<VT|R~
Qf}}/k|)k
-&np/tEu&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); GVM)-Dp]
]%h|ox0
}>'1Qg
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 NHaqT@:
[-3x *?Ju
&2pa9i
.:SY:v r
二. 战前分析 <e-hR$
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。 "!PN +gB
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 -JXCO<~k
7JLjA\k
TsI%M
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); cGv`%
/* --------------------------------------------- */ wv&%09U
vector < int *> vp( 10 ); oP`Qyk
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1);
9Cq"Szs
/* --------------------------------------------- */ Y:]m~-T
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); w(!COu
/* --------------------------------------------- */ <kKuis6h
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); k|`Qk!tr
/* --------------------------------------------- */ G.]'pn
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); jx14/E+^
/* --------------------------------------------- */ %>Mcme>(W
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 5O[\gd-
\1<8'at
B["jndyr
DdqE6qE
看了之后,我们可以思考一些问题: Jk;dtLL}4
1._1, _2是什么? !GnwE
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。 TjicltQi4
2._1 = 1是在做什么? W:hTRq
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。 lUd4`r"
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。 $kc cM&B
'm0_pM1:D
hWi2S!*Y
三. 动工 Cd|rDa
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: eW;c
3<
E+cx8(
P q1 j
'EC0|IT)c
template < typename T > M[cAfu
class assignment iy|;xBI,
{ .|@2Uf
T value; p-*{x
public : [9yd29pQ]
assignment( const T & v) : value(v) {} 9<.8mW^68
template < typename T2 > G"ixw
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ZB]234`0
} ; <?%49
%4})_h?j
>:h&5@^j$
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 bnN&E?{hF1
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment >sQf{uL
iD/+#UTY
N{<5)L~Y
3xgU=@!;
class holder hqV_MeHv'
{ yq!peFu
public : +_jM$?:F}
template < typename T > bI8')a
assignment < T > operator = ( const T & t) const ?rziKT5OOC
{ t"OP*
return assignment < T > (t); fKO@Qx]
} goND S5}
} ; js!C`]1
9*XT|B
J+wnrGoK
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: {REGoe=W%
;zd.KaS
static holder _1; -j1]H"-
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 'j!n
A\v53AT
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); |io)?`pj
而不用手动写一个函数对象。 ;f=.SJF
/ %iS\R%ca
7r2p+LP[
BkY#wJ'
四. 问题分析 P@%L.y
B
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 B>sQcZ:
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ux,eY
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 9<kMxtk$
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 irP*:QM
下面我们可以对这几个问题进行分析。 : %uaaFl
O}j@+p%M
五. 问题1:一致性 f1?%p)C
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?| -BWWaL
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 HrMbp
[Dmf.PUe
struct holder =W>a ~e]/
{ e E(+
// }*O8]lG
template < typename T > %!A-K1Z\D
T & operator ()( const T & r) const L3 KJ~LI
{ J6ed
return (T & )r; N/<c;"o
} :nfy=*M#
} ; 1=ZQRJW0B
`tcX[(`
这样的话assignment也必须相应改动: &> R:oYN
3(gOF&Uf9
template < typename Left, typename Right > zQUNvPYM
class assignment '@IReMl
{ GiXs`Yt|
Left l; Ekh)l0
l
Right r; N P5K1:
public : z46Sh&+
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} [HQ/MkP-Z
template < typename T2 > /CbiYm
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } %b~ND?nn-
} ; : #so"O
KT AQ6k
同时,holder的operator=也需要改动: '(ZT}N
*i!t&s
template < typename T > B|{E[]iK
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const @X9T"
{ DJqJ6 z:'
return assignment < holder, T > ( * this , t); =H}x
} {<#b@=G
a4Z e!l(
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。 ][YuJUK8
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 7{9M
^.}
\((5Sd
return l(rhs) = r; `DM)tm3&m
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。 Lf%}\0:
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: bQ&%6'ck
%c%`<y<~L
template < typename Tp > K$r)^K=s
class constant_t Md8<IFi9]Q
{ @xBO[v
const Tp t; O`aNNy
public : 8U7dd[
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} sI09X6)
template < typename T > Y0m?ZVt
const Tp & operator ()( const T & r) const +Hp`(^(
{ 2!9Zw$
return t; C@<gCM j,"
} [/l&:)5W>
} ; p _3xW{I
}OTJ{eG
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 <:mK&quf
下面就可以修改holder的operator=了 >+>N/`BG
rp2g./2
template < typename T > }z|9F(I
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 2^w{Hcf
{ iM9^.
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); m}S}fH(
} DF
gM7if
@D `j
同时也要修改assignment的operator() !4 lN[
:VLYF$|
template < typename T2 > 4^d).{&X
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } _}T )\o
现在代码看起来就很一致了。 >$)~B4
Sq:J'%/z
六. 问题2:链式操作 /E i e5p
现在让我们来看看如何处理链式操作。 (v?
rZv
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。 d\tY-X3
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。 UnEgsfN
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。 ]!a?Lr
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ]&`=p{Z
Z+[W@5q
template < typename T > $H]NC-\+>
struct result_1 ]9JH.fF
{ 7u5H o`
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ]<c\+9
} ; ^\Q%VTM
Np+pJc1
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: )UVekkq>Q
j'hWhLax
template < typename T > J8Vzf$t};
struct ref {K?e6-N(z
{ 'T3xZ?*q=
typedef T & reference; G-;EB
} ; RZ ?SiwE
template < typename T > >&F:/
struct ref < T &> ~ tN/
{ CVEo<Tz
typedef T & reference; .3cD.']%
} ; v$g\]QS
p
.WuSW[g
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 2$A "{2G
*&R|0I{>
template < typename T > j#Lj<jX!xR
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const TqOH(={
{ #TH(:I=[
return l(t) = r(t); 4Mt RI
} ,Tk53 "
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 q(1hY"S"}b
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 i*A_Po
0<fQjXn
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 lQm7`+
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: +>$Kmy[3
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 `9P`f4x
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 !67xN?b
最后的布局是: CJs
~!ww
Add ,Z! I ^
/ \ @,]W
Divide 5 && PZ;
/ \ K,*-Y)v2W
_1 3 \|M[W~8
似乎一切都解决了?不。 -pQ?ybQ
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。 pE X Q
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。 iU3PlF[B/o
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: )a`kL,
3v `@**
template < typename Right > *!3qO^b?
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const k5+ Fxf
Right & rt) const e+>$4Jq
{ >*n4j:
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); R4$(NNC+/
} \%V !&
!'
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Z/4bxO=m
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。 ~lqNWL^l
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。 z92Xc
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。 6Lg#co}9
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。 S?VKzVDB.S
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? BJ
fBYH,M
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: LCq1F(q
L;+e)I]
template < class Action > _x,(576~
class picker : public Action If8
^
{ 5~E{bW$
public : +OtD@lD`!
picker( const Action & act) : Action(act) {} }h8U.k?v
// all the operator overloaded F5M|QX@-
} ; #cb9g
cFuQ>xR1
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。 ,_=LV
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: lE8_Q *ev
Y/pK
template < typename Right > $~?)E;S
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ZZfi,0R
{ T]b&[?p|a[
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); z=8l@&hYLq
} q~*|Wd'&
#Pg?T%('`
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Y|W#VyM-
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 :R$v7{1
oU*e=uehj
template < typename T > struct picker_maker ?g0dr?H
{ O<dCvH
typedef picker < constant_t < T > > result; m2ph8KC
} ; #]^M/y
h
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > wWq-zGH|&