一. 什么是Lambda [*|QA9
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 08JVX'X-mr
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, I7/X6^/}
/'g"Ys?3
y.m;4((
S+Vsy(
class filler sg!*%*XQ
{ jYi{[**
public : GtNGrJU
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} X=d;WT4,,
} ; .ugQH<B
I}{Xv#@o
-yn;Jo2-
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: Up|>)WFw"
| *J-9
#v QyECf
?g~g GQV
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Z6XP ..
Wr+1G 8
\r+8}8
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 %B{NH~
sBfPhBT|
999E0A$dkv
b 7%O[
二. 战前分析 "t\gkJyK
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 _Z|3qQ
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 :5M7*s)e16
`!$I6KxT
|vY0[#E8&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); =z$XqT.'
/* --------------------------------------------- */ o>' 1ct
vector < int *> vp( 10 ); E-_Q3^
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); yHL5gz@k
/* --------------------------------------------- */ }7H8Y}m
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); fQB>0RR2
/* --------------------------------------------- */ bkgJz+u
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); P5*~Wi`
/* --------------------------------------------- */ Ydr/ T/1
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); xE4iey@\}
/* --------------------------------------------- */ *4tJ|m6"Y6
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Ka"Z,\T
xXktMlI
+s'qcC
QQwD)WG
看了之后,我们可以思考一些问题: WhR j@y
1._1, _2是什么? 0H-~-z8Y
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。 {LLy4m
2._1 = 1是在做什么? KiJR q>
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。 M9/c8zZ
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。 dw
v(8
]E+deM
9O+><x[i
三. 动工 NZyGC
Vh@
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: R]7-6
6O>GVJbw
fiq4|!^h
]OZk+DU:
template < typename T > %;E/{gO
class assignment TFWx(}1
{ xjOj1Hv
T value; MxY~(TVPK
public : -U?Udmov
assignment( const T & v) : value(v) {} Eo$7W5hJ
template < typename T2 > WmRx_d_
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } eL-9fld/n
} ; 65ctxxWv1
9aR-kcvJIJ
9$ z|kwU
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 .#,!&Lt
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment G' ~Z'
mOb*VH
=Kv*M@
[`~E)B1Y
class holder >h0iq
{ R`wL%I!?f
public : pb(YA/
template < typename T > 3U<\s=1?X
assignment < T > operator = ( const T & t) const &;%z1b>F
{ o
26R]
return assignment < T > (t); <#s=78
g.3
} L*Mt/
} ; :D>afC8,
(hB&OP5Fne
-Cjc~{B>7X
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: 2Qqk?;^1
}hralef #N
static holder _1; UvSvgDMl
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 )")_aA
Awo H d7M
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); (6R^/*-o
而不用手动写一个函数对象。 @hlT7C)xK
+mQMzZZTZ
eC^UL5>%
:Rh?#yO5
四. 问题分析 p`jkyi
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。 bqHR~4 #IR
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。 2g elmQnc
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 FC:Z9 {2!
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ,Jy@n]x
下面我们可以对这几个问题进行分析。 +!'\}"q
OS k+l
五. 问题1:一致性 [i18$q5D
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| S <C'#vj
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 (j^Qa~{mG4
4aAuE0
struct holder d`he
Wv^/`
{ 2NHkK_B1P
// M^c`j#NQ
template < typename T > U{vt9t
T & operator ()( const T & r) const g]IRv(gDh
{ la7VeFT
return (T & )r; }Fd4;
]
} 7~@9=e8G
} ; #V[j Q Vl
d{cd+An
这样的话assignment也必须相应改动: Bb5|+bP
t6GL/M4
template < typename Left, typename Right > )[d?&GK
class assignment
gOpi>
{ 2lVJ"jg
Left l; /;7\HZ$@/
Right r; 'D ,efTq
public : d
NQ?8P-&
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} G_GV
template < typename T2 > [?3]+xr:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } uD=i-IHT
} ; (yjx+K_[
&b[.bf
同时,holder的operator=也需要改动: xV&c)l>}
\K$9r=!(
template < typename T > l<5@a
(
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const `0.<
{ Y}<w)b1e|
return assignment < holder, T > ( * this , t); uhi(Gny.
} M#BM`2!s
P.L$qe>O
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。 qPEtMvL
#
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 .TcsXYL.`,
pFfd6P
return l(rhs) = r; YP*EDb?f
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。 D=hy[sDBw
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Y$3 &?LA
r5U[jwP
template < typename Tp > L *a:j
class constant_t [{]/9E/&
{ 5K_KZL-
const Tp t; P9Yee!*H
public : CH!>RRF
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} VRuY8<E
template < typename T > HeV6=
const Tp & operator ()( const T & r) const mlq+Z#9
{
+#%#QL
return t; BE`{? -G
} 97/"5i9
} ; =:)p\{B
x$:>W3?T=^
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 C`qo
下面就可以修改holder的operator=了 `w&Y[8+E
uw!w}1Y]}2
template < typename T > &I8Q'
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const :<t%Sf
{ Y nD_:ZK
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 5c(mgEvq
} 0;Lt
,8=`Y9#
同时也要修改assignment的operator() /W vF}y
['<Q402:.
template < typename T2 > MIV<"A
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } L="ipM:Z
现在代码看起来就很一致了。 h(M_
K
vJybhdvP
六. 问题2:链式操作 I-?PTr
现在让我们来看看如何处理链式操作。 0\qLuF[)
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。 Z7\}x"hk
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。 fN)A`> iP
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。 OV@MT^
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Sz!mn
S&yKi
template < typename T > .b.pyVk
struct result_1 )4nf={iM
{ /wt!c?wR
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ;iol 2
} ; 29a~B<e7s
yf >
rG
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: d-GU164
$&fP%p
template < typename T > A_h|f5
struct ref ua!i3]18
{ !p:kEIZ)y
typedef T & reference; *d~).z)
} ; ((& y:{?G
template < typename T > HuVx^y`
@
struct ref < T &>
8 IeE7
{ LS"_-4I}
typedef T & reference; 8iv0&91Z
} ; prIPPeMdz
ID{62>R
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: }s9eRmJs
V-1H(wRu
template < typename T > ,,FO6+4f
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const n(}cK@
{ ,@\$PyJ
return l(t) = r(t); ":qhO0
} "3&bh>#qY
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 UyFvj4SU
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 g2Hz[C(
sJI"
m'r=Z
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 aXv[~
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 3I"xuKxc
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 k?!CJ@5$
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 =3~5I&
最后的布局是: 5L?_AUL
Add `\p5!Iq
Q
/ \ U4$}8~o4
Divide 5 Jw+k=>
/ \ g!QX#_~Il
_1 3 2|6E{o
似乎一切都解决了?不。 !iNN6-v%
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ",v!geMvu
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 "dkDT7
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: /JqNiqvh
>'eY/>n{
template < typename Right > \GF9;N}V
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const (BT{\|,V_m
Right & rt) const )ajF ca@v
{ h!~Qyb>W
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); v=pkze
} e(z'uA{!
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 -XJXl}M.
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 iQT$#"m
n
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。 {uCXF~v
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。 T)Uhp
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。 d`w3I`P1
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? cv=H6j]h|
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: tM:%{az
S5+W<Qs
template < class Action > c,yjsxETW
class picker : public Action J4) ?hS
{ v1R t$[
public : VYo2m
picker( const Action & act) : Action(act) {} FjU
-t/
// all the operator overloaded a>o]garB+
} ; EGL7z`nt
MnPk+eNJm
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 #0*oj/
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: JS!`eO/8
(nDen5Q|
template < typename Right > CMiE$yC
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const WV8vDv1jt
{ n:8<Ijrh
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); :Z R5<Y>
} U
=i=E}'
J$D/-*/@
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > _O$7*k
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。 >zS<1
rw }wQP_'
template < typename T > struct picker_maker Zl\$9Q_
{ -;Ij ,
typedef picker < constant_t < T > > result; U/s! Tb>`
} ; />X"'G
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > SZVAf|]Yg
{ 7Eo;TNbb
typedef picker < T > result; %7v!aJ40
} ; s?yl4\]Muf
c}G\F$
下面总的结构就有了: Qn!KL0w
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。 WbwS!F<au
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。 VBN=xg}
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 \%czNF
至此链式操作完美实现。 -}CMNh
&C