一. 什么是Lambda gkFw=Cd
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 FT
Ytf4t
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, Ve[[J"ze
r:U/a=V
MWI7u7{
_-:CU
class filler .!)i
{ a^7HI,
public : uWkn}P
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} @ruWnwb
} ; y41~
A(D3wctdr
#By~gcN
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: :zQNnq:|
dfMi]rs!<
Lk]W?
6FFM-9*|[
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); %fIYWu`X
` 1vDp.
BV)) #D9
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 vEc<|t
5I&Dk4v
*:Uq
;)*
4G'-"u^g
二. 战前分析 z#GrwE,r
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。 =h\uC).t&
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 mCSt.n~
FnCMr_
\ch4c9
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); [{.9#cQ"
/* --------------------------------------------- */ f>[{1M]n\
vector < int *> vp( 10 ); qkA8q@Y4|
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Gx;-1
/* --------------------------------------------- */ [mFgo
il
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); nP+jkNn3
/* --------------------------------------------- */ ke19(r Ch
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); M~g{}_0Z
/* --------------------------------------------- */ Xu7lV
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ]Q -.Y-J/O
/* --------------------------------------------- */ z,g\7F[
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 5Bp>*MR/".
9dFo_a*?
3|(3jIa
'iX y?l
看了之后,我们可以思考一些问题: iZE7
B7K
1._1, _2是什么? gTk*v0WBm
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。 v,jB(B^|Z
2._1 = 1是在做什么? Ao, <G.>R
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。 'DD~xCXE
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。 KT0Pmpp5
l{Xy %8
g(l:>=g]?
三. 动工 T U^s!Tj
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: T\ [CQO
gR${S|Z#u4
vT#m 8Kg
GI%9Tif
template < typename T > 7X8n|NZRH7
class assignment QB#_Wn
{ +wcif-
T value; FKy2C:R(]
public : Vo%DoZg
assignment( const T & v) : value(v) {} 5P[urOvV
template < typename T2 > dMK\ y4#i
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 1IN^,A]r2h
} ; )CD-cz6n
)v %tyU
11B8 LX
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 g^))
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ]Cp`qayct
kudXwj
hR,5U=+M7
^qNZ!V4T
class holder ,|?rt`8)Q
{ _VJG@>F9-
public : Hv</Xam
template < typename T > n 9Ktn}
assignment < T > operator = ( const T & t) const u-=VrHff^*
{ J+=?taZ
return assignment < T > (t); K1t>5zm
} V U~r~
} ; COcS
w
mW1T4rR'
Hlz$@[$
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: \J6&Z13Q
r#w.yg4EX
static holder _1; 0}q*s!
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 *l)}o4-$
GriFb]ml"
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %JuT'7VB
而不用手动写一个函数对象。 W];l[D<S*
YXIAVSnr
-o+; e3#
ASa)xf9
四. 问题分析 [#2X
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。 5>>JQ2'W
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。 s} oD?h:T3
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 _f@nUv*
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 2Zr,@LC
下面我们可以对这几个问题进行分析。 is`~C
\vgM`32<
五. 问题1:一致性 [E0.4FLT!
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?| R0T{9,;[`
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 fz<GPw
@"n]v)[4
struct holder Svm'ds7>
{ !JbWxGN`jn
// -_irkpdC[
template < typename T > qP72JxT
T & operator ()( const T & r) const x<=R?4@rq
{ g5t`YcL
return (T & )r; .}n\c%&
} |9]_<X[ic
} ; Ie/dMB=t
;ibOd~
这样的话assignment也必须相应改动: Zn6u6<O=
'6GW.;
template < typename Left, typename Right > c:2LG_mQ
class assignment ;+rcT;_^/
{ "ed
A
Left l; '1b4nj|<m
Right r; okH*2F(-
public : VJgYXPE
`
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ?D=C8[NEX
template < typename T2 > ]l6niYVB2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } s/Q8(sF5
} ; n W:Bo#
)F4BVPI
同时,holder的operator=也需要改动: Y,{pG]B$w
[p_<`gU?
template < typename T > 2 @t?@,c
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const $J*lD-h-
{ @gk{wh>c
return assignment < holder, T > ( * this , t); [n&SA]a
} :i*
=s}cv
; - 8]
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。 $tDM
U3,W
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。
|A#\5u
Ym
1; /'
return l(rhs) = r; V:2{LR<R8
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 3y yVI#
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: &S8,-~U
-(9TM*)O
template < typename Tp > a6 w'.]m
class constant_t 9z7rv,
{ HrHtA]
const Tp t; b&*N
public : JwdvY]
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} LQJC ]*b1
template < typename T > n= FOB0=
const Tp & operator ()( const T & r) const L+_
JKc
{ O T .bXr~
return t; U2jlDx4yg
} nRcy`A%
} ; 5QZ}KNJ|t~
x2tcr+o
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 :\~YbA
下面就可以修改holder的operator=了 8BX9JoDi
2j=HxE
template < typename T > !%/(a)B$^$
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const %Q zk aXJ
{ ,Gy2$mglB
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); c6tH'oV
} K/z2.Npn
8JU{]Z!G<;
同时也要修改assignment的operator() [vOk=
$~NB
.SY
template < typename T2 > r;GAQH}j_
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } #&ayWef
现在代码看起来就很一致了。 pV/5w<_x?
`IJTO_
六. 问题2:链式操作 6yd?xeD
现在让我们来看看如何处理链式操作。 vPD%5AJN
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 `+@r0:G&v
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 Qb' Q4@.
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 +.McC$!s
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 0Z
jE(3i
H6<3'P
template < typename T > u^( s0q
struct result_1 WP
!u3\91
{ Bs^p!4=
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ICzcV };$
} ; UVgDm&FF
S0?e/VWy
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: \ \g Aa-}:
-d^c!Iu|
template < typename T > p$a+?5'Q
struct ref >f(M5v(D\
{ q>[}JtXK
typedef T & reference; (Ji=fh+
} ; SyIi*dH
template < typename T > Nh1,
w
struct ref < T &> *kt%.wPJ
{ fr8hT(,s)
typedef T & reference; T*92 o:^
} ; ;I~UQgE6H
.cB>ab&
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ~z7Fz"o<
B
!Z~j T
template < typename T > Pa"[&{ :
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const -gpHg
{ M\r=i>(cu
return l(t) = r(t); i: 7cdhz
} `h<>_zpjY
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 Vs(D(d,
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 lVgin54Q
UH#S |o4
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 n_4BNOZ~
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: F **/T
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 P7*?E*
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 c!] yT0v&s
最后的布局是: 6k;>:[p
Add '%*/iH6<U{
/ \ /~P4<1
Divide 5 =Q4Wr0y><]
/ \ f!J?n]
_1 3 CQ'4 ".7
似乎一切都解决了?不。 wc?YzXP+
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 9eEA80i7
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 2D4c|R@+
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: O;m [
RM#.-gW
template < typename Right > +Oc |Oo
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const xOKf|
Right & rt) const Xvxj-\ -
{ `$yi18F
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); |j}%"wOh
} pPJE.[)V/
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 a<P?4tbF
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。 RU\MT'E>(
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。 ?J6\?ct4
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。 Qk].^'\
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。 rDC=rG
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? >g2Z t;*@w
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: Q'0:k{G
oPrK{flm
template < class Action > LT]YYn($
class picker : public Action IQ5'4zQg=
{ r_pZK(G%
public : )V9wU1.
picker( const Action & act) : Action(act) {} nS]Ih 0(K
// all the operator overloaded o^+g2;Ro
} ; +7j7zpw
WTwura,
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。 M^0^l9w
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: i?6#>;f
#fq&yjl#A
template < typename Right > 6d;RtCENo
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const qjf9ZD&
{ ,b74m
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); YeB)]$'?u`
} /,JL \b
`\Te,
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > d#:7V%]dp
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_x\VC=p
:Kk+wp}f#
template < typename T > struct picker_maker $pj;CoPm
{ X"S")BQ
q
typedef picker < constant_t < T > > result; t?h\Af4Tf
} ; bjql<x5d
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > aR}I l&
{ 6dKJt
typedef picker < T > result; h{?cs%lZ
} ; kD#hfYs)i
1!A'mkk8
下面总的结构就有了: "2hs=^&8
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。 Ev,b5KelD
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。 8Wx7%@^O
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 !%>(O@~"|
至此链式操作完美实现。 %!OA/7XbG
$q0i=l&$&
\)2~oN
七. 问题3 lj@ibA]
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。 kw5`KfG9
b@9d@@/wx
template < typename T1, typename T2 > Bu7aeBP
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const !z"nJC
{ /C/I_S}H
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ?J28@rM
} Sw~L
M&A
:-e[$6}S
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: %B04|Q
y#-~L-J_R
template < typename T1, typename T2 > q uiX"lV(
struct result_2 @@#(<[S\B
{ A (ZtA[G
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ;oVFcZSA
} ; @'JA3V}
>5j&Q