一. 什么是Lambda K {kd:pr
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 'QQq0.
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, ^Ze(WE)
TQu.jC
;mYZ@g%e
H|_@9V
class filler C1fd@6
{ @ta:9wZ
public : ,]@K,|pC)
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} \FUMfo^
} ; soLW'8
\WBO(,]V
{sf
,(.W
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: 8k3y"239t
u]Q}jqiq"
]ag{sU@#
sE'c$H
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); tfe]=_U
j^5YFUwsQg
(3K3)0fy
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 _|4R^*/4
]tXIe?>9
/7])]vZ_
'#yqw%
二. 战前分析 `Th~r&GvF
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 qFK.ULgP`
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 OX 'V
Y6&v&dA;
'YB[4Q /0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ?Wz2J3A.2t
/* --------------------------------------------- */ 2GORGS%
vector < int *> vp( 10 ); (c)=Do=
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 8HFCmY#
/* --------------------------------------------- */ ?_FL
'G
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); V'e%%&g~N
/* --------------------------------------------- */ Q
8Hl7__^
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); PDPK|FU
/* --------------------------------------------- */ P))BS
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); p5$}h,7
/* --------------------------------------------- */ QRvyaV
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 6`7tTn?n
#2s}s<Sc;
ZM})l9_o"
\c<;!vkZ04
看了之后,我们可以思考一些问题: rH!sImz,
1._1, _2是什么? _]33Ht9
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。 ~N i
2._1 = 1是在做什么? z]r'8Jc
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。 v@|<.
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。 ~h_
_Y>
u.|%@
\wD/TLS}
三. 动工 ,{!,%]bC
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: :>.{w$Ln%
nKzm.D gt_
%-yzU/`JF
; ?f+
template < typename T > o S= !6h
class assignment pJvPEKN
{ o_`6oC"s
T value; ^7wqb'xg
public : g3c<c S^l
assignment( const T & v) : value(v) {}
t1YB
template < typename T2 > @]%eL
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } triU^uvh
} ; <zR{'7L/
OA*O =
cFw-JM<
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 SFRP
?s
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ,\J 8(,%L
e)wi}\:q_
_$96y]Bpi
+Ps.HW#NY
class holder WI4<2u;
{
O_8 SlW0e
public : m{Vd3{H40
template < typename T > 7H)$NG<U$
assignment < T > operator = ( const T & t) const :-}K:ucaj
{ pe
vXixl
return assignment < T > (t); {o5|(^l
} k7Bh[ ..!
} ; )`rD]0ua;
I4G0!"T+
LWv<mtuYf
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: b'\Q/;oz>
Q3tyK{JE
static holder _1; y<kUGsD
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 &'$Bk5 D@G
$uHQl#!;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); LAlwQ^v|
而不用手动写一个函数对象。 >Xk42zvqn
v']_)
6&os`!
{lWV H
四. 问题分析 m;~} }~&vQ
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 a5pl/d
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 vSR&>Q%X
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ;:D-}t;
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 A:< %>
下面我们可以对这几个问题进行分析。
kScZP8yw
KE3`5Y!
五. 问题1:一致性 /IWAU)A0
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| YK6LJv}
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 <4;
nq~
04-_ K
struct holder HpEd$+Mz
{ 9$\s
v5
// g8N"-j&@
template < typename T > ksC_F8Q+
T & operator ()( const T & r) const aO(PVS|P
{ D+3?p
return (T & )r; QcL@3QC
} U0_)J1Yp
} ; D_d>A+
`.MZ,Xhqi"
这样的话assignment也必须相应改动: (U.Go/A#wE
;|WUbc6&g
template < typename Left, typename Right > OM[MRZEh G
class assignment FE\E%_K'n7
{ kw$7G1Q
Left l; ~{I.qv)>M~
Right r; d <}'eBT'
public : #@B"E2F
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} =\< 7+nv
template < typename T2 > _li3cXE
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 'hjEd.
} ; h.X4x2(.
Jj\4P1|' 7
同时,holder的operator=也需要改动: 9(^UchZZi
H7X-\K 1w
template < typename T > $\BYN=#
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Rlewp8?LB
{ !:|*!
return assignment < holder, T > ( * this , t); { KWVPeh
} G1z*e.+y
Xj\ToO
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 23):OB>S`
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 !G3AD3
R'v~:wNTNs
return l(rhs) = r; syR"p,3EC
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 RE;A0E_3
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: "#iJ/vy
_p*9LsN$L
template < typename Tp > I1fpX |
class constant_t mITB\,,G
{ op}!1y$9P
const Tp t; S?0o[7(x*
public : 45c?0tj
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} [h3xW
template < typename T > h9Far8}
const Tp & operator ()( const T & r) const "r&,#$6W6
{ P$ o bID
return t; `DY
yK?R
} N]+6<
} ; Q~(Gll;
bgorW"'
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 wD9K\%jIr!
下面就可以修改holder的operator=了 N_c44[z1
M1kA- Xr
template < typename T > Q~U\f$N
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const j?2~6W/[
{ ({!!b"B2
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ""-wM~^D
} E@SFK=`
[
\_o_W
同时也要修改assignment的operator() : .x((
FU
^o3,YH
template < typename T2 > eq6O6-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } DC8#b`j
现在代码看起来就很一致了。 ~*iF`T6
e#Cv*i_<
六. 问题2:链式操作 zgAU5cw
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Pzso^^g
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)AYY}pw
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。 }emUpju<C
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。 *9j'@2!M
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct z)3TB&;
1q7&WG
template < typename T > 7S{qo&j'
struct result_1 L"bJ#0m
{ fa/S!%}fO
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; \(\a=
} ; EwPrh
q|D5
A|)
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: aS [[
AL
Ljy797{f
template < typename T > K{ P-+(
struct ref ,clbD4
{ LIID(s!bX
typedef T & reference;
~71U s
} ; yvB]rz} i
template < typename T > yzS^8,
struct ref < T &> =d{6=2Pt
{ Ixxs(
typedef T & reference; Pm/<^z%
} ; xWG@<}H
1 (<n^\J(
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: eI1zRoIl-
jSem/;
template < typename T > Av.tr&ZNb
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Y7t#)?
{ 81Kf X {|
return l(t) = r(t); dtR"5TL<~}
} f]NLR>$L}
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 8oX1 F(R
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 9\_s&p=:.
W[&nQW$E
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 <&E}db
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: q }@L "a`
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 hZ4 5i?%
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 e gq,)6>
最后的布局是: {xTq5`&gT
Add %>
XsKXj
/ \ !K-1tp$
Divide 5 $nE{%?n-#
/ \ =0cTct6\
_1 3 rbd0`J9fq
似乎一切都解决了?不。 Dd?G4xUG
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 u nv:sV#b
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 JG!B3^qB
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: >+%#m'Y&&
~wa4kS<>
template < typename Right > 8:TX9`,
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 7:UeE~uB:
Right & rt) const d7V/#34
{ }3*<sxw7<
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); -N' (2'
} jW:7PS
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ~}_^$l8#-Q
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。 "^4*,41U
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。 #z(:n5$F
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 %p}vX9U')
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 puOtF YZ\
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? rp@:i _]
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: gNZwD6GMe?
3WwS+6R
template < class Action > >j?5?J"
class picker : public Action ;dzy5o3
{ ]ae(t`\l^
public : !`{?qQ[=
picker( const Action & act) : Action(act) {} s$#64"F
// all the operator overloaded &[d'g0pF
} ; p cLKE
ZK
0!\gK<,z
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。 \lK?f] qJq
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: L2VwW
fJLl-H
template < typename Right > g}+|0FTV
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Mk*4J]PP
{ %j&vV>2
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ]t0o%w
} &;$uU
2U./
Yfk\
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > =zn'0g,J4
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 dy6zrgxygP
?nc:bC
template < typename T > struct picker_maker =CQfs6np:N
{ =i)%AnZ^9
typedef picker < constant_t < T > > result; \92M\S
} ; %B@NW2ZQ[
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > P`Zon
{ /g u
VA
typedef picker < T > result; "(mJupI
} ; ;2kQ)Bq"
2VV>?s
下面总的结构就有了: 6/;YS[jX
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 +C`!4v\n
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 oywPPVxj
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 v/ry" W
至此链式操作完美实现。 ranem0KQ)]
phDIUhL$z
1sXCu|\q
七. 问题3 "==c
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。 Xq1#rK(
|)7K(R)(=
template < typename T1, typename T2 > !>Nlp,r&~
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const j}Tv/O,f
{ t]&.'n,
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); j)@W1I]2#
} CAc]SxLh
URVW5c
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: >)K3
8$-MUF,
template < typename T1, typename T2 > 6Jgl"Jw8
struct result_2 rRevyTs
{ 8J,^O04<
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; `O7vPE
} ; Apu-9|oP
nDn+lWA=g
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? gxhp7c182
这个差事就留给了holder自己。 C6gSj1
6O/ L~Z*t
2]fTDKh
template < int Order > t M5(&cQ!d
class holder; #s~ITG#H
template <> 7O)ATb#up
class holder < 1 > )nHMXZ>Td
{ lZwjrU| _
public : C 9%bD
template < typename T > 0-p^ oA
struct result_1 Ow-ejo
{ S[y'{;
typedef T & result; m !:F/?B
} ; (lwV(M
template < typename T1, typename T2 > kgBkwp
struct result_2 Ie!KIU
{ nWelM2
typedef T1 & result; }'<Z&NW6
} ; Cnpl0rV~5
template < typename T > {ZUk!o>m@
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const -F`gRAr-
{ M0m%S:2
return (T & )r; A]"6/Lr9P
} *e ffDNE!
template < typename T1, typename T2 > yMW3mx301j
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const _U*R_2aV
{ O4-#)#-)S~
return (T1 & )r1; 86%k2~L
} q!&:y7O8
} ; tic3a1
8+!G/p
template <> UVXruH
class holder < 2 > e[k\VYj[
{ Fz8& Jn!
public : WA}'[h
template < typename T > %w_MRC
struct result_1 !T`g\za/
{ =0e>'Iw2
typedef T & result; ?o V.SG'
} ; fe4/[S{a
template < typename T1, typename T2 > Tx?s?DwC
struct result_2 1mgw0QO
{ ^/2O_C
typedef T2 & result; [GyPwb-
} ; $I`,nN
template < typename T > (6[<