一. 什么是Lambda Dd5xXs+c
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ^0s\/qyqm
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, J%\~<_2ny
%7(kP}y*
Y0X"Zw
>: W-C{%
class filler CEX}`I*-
{ 4g 6ksdFQ
public : )pZekh]v
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} te\h?H
} ; 7dlKdKH
C'8!cPFVv
EOBs}M;
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: sR>`QIi(a
m,@1LwBH
F[7Kw"~J
KCJN<
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ?9(o*lp
~gfA](N
Xb<DpBrk
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 I NPYJ#%
^)hAVf~E
PHRGhKJW})
9b" 9m*gC
二. 战前分析 +w k]iH
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。 0j{F^rph
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
joChML_
O/DAf|X|
q4Oxs
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 7ZV~op2Q
/* --------------------------------------------- */ up3?$hUc.
vector < int *> vp( 10 ); T}n}.JwU
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); J+}+"h~.
/* --------------------------------------------- */ j Ne(w<',P
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); wUK7um
/* --------------------------------------------- */ o9m
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); bSrRsgKvT
/* --------------------------------------------- */ B=Zl&1
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Zp7yaz3y
/* --------------------------------------------- */ d`9W
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); z29qARiX
c7+Djqs
aE7u5PM
Wa[x`:cT?u
看了之后,我们可以思考一些问题: VDByj "%
1._1, _2是什么? f=:3! k,S
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 wovmy{K
2._1 = 1是在做什么? B]^>GH
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 T|o`a+?
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 VG<Hw{ c3r
@cuD8<\i
Ka]J^w;a
三. 动工 0^GbpSW{
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Pv/Pww\
)|w*/JK\Z
=y<">-
ET,Q3X\Oe
template < typename T > y:[BP4H ?y
class assignment <#+oQ>5s
{ %s$rP
T value; w~kHQ%A
public : ioC@n8_[G
assignment( const T & v) : value(v) {} ~Na=+}.q_
template < typename T2 > a
-xW 8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } "t[M'[ `C
} ; Fw_
(q!
KqM! !
May&@x/oMS
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 xab]q$n]k
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment AIZW@ Nq.5
="uKWt6n'
eecw]P_?
R*s* +I
class holder V#ndyUM;
{ kCima/+_
public : pOqGAD{D$
template < typename T > .MDYGWKt
assignment < T > operator = ( const T & t) const 7"ylN"syZ
{ jW-;4e*H=V
return assignment < T > (t); J0^{,eY<
} cPpu
} ; 5cD
XWF
s1X]RXX&j
1s#yWQ
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: Vh"MKJ'R^
9o-!ecx}
static holder _1; 28nmQ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 x}tKewdOSe
<jbj/Q )"
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); z^4KU\/JK
而不用手动写一个函数对象。 ET U-]R 3
zuUT S[
i]it5
F\>oxttS1
四. 问题分析 ZlthYuJ
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!3{M!B
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。 Y)$52m5rM
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 QJx9I_
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 MV%Xhfk
下面我们可以对这几个问题进行分析。 )-=2w-ZX
{mNdL J
五. 问题1:一致性 "XCU'_k=
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| \r)%R5_CQ
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 {IJ-4>
\% }raI;Y@
struct holder !G7h9CF|{
{ Y4QLs^IdB
// >@^<S_KVh
template < typename T > Xo2^N2I
T & operator ()( const T & r) const hlX>K
{ p1+7<Y:
return (T & )r; q1 H=/[a
} _ 1sP.0 t
} ; &k1/Z*/
r)V Lf#3B
这样的话assignment也必须相应改动: ]Z_$'?f
m7JPH7P@BM
template < typename Left, typename Right > h~ $&
class assignment 4[`[mE18.
{ {5>3;.
Left l; 3 h#s([uL
Right r; r,5-XB
public : kEO1TS
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 7'Lp8
template < typename T2 > aC`Li^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } }/20%fP
} ; y =R
aJm
d+tj%7
同时,holder的operator=也需要改动: 0f1H8zV
ASR-a't6
template < typename T > wTTRoeJ}
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const djUihcqA`
{ lqF>=15
return assignment < holder, T > ( * this , t); ^%;" [r
} [q'eENG
5? Wg%@
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。 cST\~SUm
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 :AZp}
$57\u/(
return l(rhs) = r; )]73S@P(=
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 iAK/d)bq
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ^]VcxKU J
m$?.Yig?
template < typename Tp > L/BHexOB
class constant_t !}ilN 1>
{ P@C
c]Z
const Tp t; d<#p %$A4
public : QO2Ut!Y
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 0C]4~F x~
template < typename T > W,Ty=:qm*
const Tp & operator ()( const T & r) const 3Y`>6A=
{ K5{{:NR$
return t; QP:9%f>=
} Rb#/qkk/
} ; pw=F' Y@N
Uj,g]e8e
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 *6XRjq^#
下面就可以修改holder的operator=了 Wm(:P
? ~,JY
template < typename T > yxvjg\!&
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const PcB{=L
{ `NQ{)N0!
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 6GzzGP^
} -,^WaB7u\
`gI~|A4
同时也要修改assignment的operator() &mcR
"qS!B.rt:
template < typename T2 > 6}ftBmv
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } iT.|vr1HG
现在代码看起来就很一致了。
';6X!KY+]
q[P~L`h S
六. 问题2:链式操作 .Vmtx
现在让我们来看看如何处理链式操作。 +8f>^*:u
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。 2 5Q+1
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。 @V$I?iXV
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 <7^Kt7k
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 3p_b8K_bG
@bT3'K-4
template < typename T > z?kd'j`FG
struct result_1 !lhFKb;
{ D"cKlp-I6|
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; D^u\l
} ; @^!\d#/M
\!<"7=(J{4
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: b/nOdFO@
Q 2"WV
template < typename T > \45(#H<$
struct ref >ZeEX,N
{ y@3kU*-1
typedef T & reference; akC>s8tqlA
} ; A#35]V06
template < typename T > )|RZa|`-G
struct ref < T &> f&c]LH_
{ vU}: U)S
typedef T & reference; $ 6!iBX@
} ; j=W@P-
C`0%C7
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: = /Wu'gG)
@+&'%1
template < typename T > 4gOgWBv
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const #V[SQ=>x[
{ uoCGSXsi
return l(t) = r(t); 4.Z(:g
} sKd)BA0`
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。 !BUi)mo
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Q>=-ext}q
*H"aOT^{
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 fK_~lGY(
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ;Iq5|rzDn
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 K_#UZA< Y
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 [))JX"a
最后的布局是: _2OuskL
Add -!TcQzHUs
/ \ K/|
Divide 5 .&iN(Bd
/ \ ltSh'w0
_1 3 S?4KC^Y5
似乎一切都解决了?不。 x:
~d@
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。 a5?A!k\2
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。 L/x(RCD
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: Cs4hgb|
h0Jl_f#Y
template < typename Right > wyw <jH
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const >vVw!.fJ
Right & rt) const XWtiwf'K
{ nU17L6'$
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); t',BI
} \Y e%o}.{
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 3dG4pl~
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。 %[Zz0|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。 lzDdD3Ouc
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。 k[9A,N^lZB
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。 x=Mm6}/
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? Wc|z7P~',%
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: z0Xa_w=
m*oc)x7'
template < class Action > CH;;V3
class picker : public Action tpYa?ZCM
{ eYEc^nC,c)
public : A1-qtAO]
picker( const Action & act) : Action(act) {} ZEGd4_ux
// all the operator overloaded w$>3pQ8d
} ; }OrYpZob
/DO'IHC.o
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。 Rla4L`X;
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: kcS6 _l
/9_#U#vhY
template < typename Right > 2B` 8eb
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const \r;F2C0*i
{ FH*RU1Z
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); &fSTR-8ev#
} hYb9`0G"2
C`4gsqD;Z
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > d(S}NH
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。 ~/|zlu*jpc
_tj&Psp
template < typename T > struct picker_maker gs`> C(
{ [5Y<7DS
typedef picker < constant_t < T > > result; <&U!N'CE
} ; qks|d_
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > D9-Lg%
{ (q~0XE/ a
typedef picker < T > result; zZ,Yfd|W
} ; )ooWQ-%P
&N\[V-GP2G
下面总的结构就有了: ,4Y*:JU4
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。 [6RfS
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。 <Tx C!{<
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 *48IF33&s
至此链式操作完美实现。 SRCOs1(EK9
%&<W(|U1<
4*M@]J "
七. 问题3 K"l0w**Og#
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。 /2@["*^$
4;*f1_;f~
template < typename T1, typename T2 > X/+OF'po
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 0 {R/<N
{ I/B1qw;MN
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); xK;e\^v
} "^%Z'ou
(p |DcA]BX
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: h\y-L~2E
ut5yf$%
template < typename T1, typename T2 > \L[i9m| e
struct result_2 VPd,]]S5(
{ n+oDC65[
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; )#`H."Z
} ; AyTx' u
m;/i<:`
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? FFe)e>bH
这个差事就留给了holder自己。 SLoo:)
rAXX}"l6s
|Td5l?
template < int Order > FC}oL"kk
class holder; g-@h>$<
1
template <> Nl*i5 io
class holder < 1 > r(`nt-o@
{ \##`pa(8
public : +v15[^F
template < typename T > Q2\
struct result_1 [rdsv
{ ',mW`ZN
typedef T & result; S()Za@ [a$
} ; )|]Z>>%t
template < typename T1, typename T2 > )+Y&4Qu
struct result_2 hI~SAd
,#A
{ !k<:k
"7
typedef T1 & result; ]rW8y%yD
} ; TnE+[.Qu
template < typename T > /F~X,lm*~
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const +R[4\ hC0Y
{ J_xG}d
return (T & )r; T:!MBWYe |
} 509Q0 [k
template < typename T1, typename T2 > z[&s5"
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const _Bk
U+=|J
{ _;e\:7<m
return (T1 & )r1; D,rZ0?R
} V(mnyI
} ; ,{{SI
dr})-R
template <> o&-L0]i|
class holder < 2 > T-8J
{ 77Q}=80GU;
public : (0jr;jv
template < typename T > #":a6%0Q
struct result_1 JJf<*j^G
{ L11L23:
typedef T & result; UK3a{O[5
} ; `WlE|
G[
template < typename T1, typename T2 > #`/QOTnm2c
struct result_2 ^M
Ey,
{ +d39f-[
typedef T2 & result; nl@E[yA9[
} ; ybvI?#
template < typename T > $qm~c[x%
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const c8ZCs?
{ 8H
$ #+^lW
return (T & )r; JTUNb'#RZ
} lrys3
template < typename T1, typename T2 > Tbh '_F6
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const (9GbG"
{ ./w{L"E
return (T2 & )r2; R6@uM<