一. 什么是Lambda k'sPA_|
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 :~ 	
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, 5{IbKj|
L)S
V?FBx
:QHh;TIG=<
SL\15`[{
class filler gNkBHwv
{ a]6dhQ`
public : $:UD #eh0?
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 0Pt%(^
} ; YUyYVi7clq
fEtBodA)
`=Bv+
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: 9[
o$/x}
#BgiDLh
92N `Q}
hM=X#
;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); g:6`1C
o,?h}@
/1bQ
RI^\
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 9/I
xh?
5)0'$Xxqa0
r]aI=w<(f
ivt ~S
二. 战前分析 QBfo=9[=e
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 %ZDO0P !/
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 Bo'v!bI7
Mp[2A uf
2p58_^l
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); MlW*Tugg
/* --------------------------------------------- */ 8KKhD$
vector < int *> vp( 10 ); hDBo
XIK
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); K*p3#iB
/* --------------------------------------------- */ [81q 0@
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); m9-=Y{&/
/* --------------------------------------------- */ h}DKFrHW;-
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); UA*Kuad
/* --------------------------------------------- */ I\Cg-&e
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); f9)0OHa
/* --------------------------------------------- */ 8q:#
'
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); }_7
9o3?
l 3 jlKB
)l`VE_(|
看了之后,我们可以思考一些问题: Ry? f; s
1._1, _2是什么? BKgCuz:y
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。 vTIRydg2b
2._1 = 1是在做什么? x+DecO2
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。 cIP%t pTW.
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?V
b
J@#rOOu
y!
QYdf?
三. 动工 GR_caP
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: %joU}G;"
jvo^I$|2h
Zq5~M bldh
=1<v1s|)q
template < typename T > oY7jj=z#T
class assignment
o^r\7g6\
{ 9`M7 -{
T value; J"TF@7{p
public : t J&tNSjTi
assignment( const T & v) : value(v) {} x0) WrDb
template < typename T2 > % iZM9Q&NC
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } aK
3'u
} ; MIb[}w=
G&"O)$h
p./0N.
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ;WgUhA
;q
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment :T<5Tq*+x
HV*;Yt
*kEzGgTzoS
y*p02\)
class holder dcyHp>\)|
{ syI|gANT/r
public : |"+Ufw^
template < typename T > ?0?3yD-!9
assignment < T > operator = ( const T & t) const &So1;RR,_M
{ *N"CV={No
return assignment < T > (t); W!Fc60>p@f
} 5HIQw9g6
} ; vo%"(!
L0GQH;Y,h
UM<s#t`\3
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:
Lw%_xRn)
\-f/\P/ w
static holder _1; oYt 34@{?
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <Y2$'ETD
`!AI:c*3p1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); '$?!>HN4
而不用手动写一个函数对象。 #<EYO
J_.cC
-3guuT3x\
"?<h,Hvi
四. 问题分析 b6p'%;Y/
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。 S>S7\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。 Z!7xRy
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 1X&jlD?
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ;_2+Y^Qb
下面我们可以对这几个问题进行分析。 K1Uq`T J
Vxu V`Plf
五. 问题1:一致性 -esQyLx
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?| Hmt2~>FI[
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 i^V(LGQF
Poa&htxe1
struct holder y@<2`h
{ Kf*Dy:e
// zn7)>cQ905
template < typename T > ,?k1if(0[
T & operator ()( const T & r) const N5h9){Mx
{ m}\QGtJ6
return (T & )r; ,&qC
R
sw
} ] _5b
} ; 7CvBE;i
L+(ng
这样的话assignment也必须相应改动: %^vT7c>
/ of K7/
template < typename Left, typename Right > -]H~D4ng
class assignment ?Ve IlD
{ g\
vT7x
Left l; q$mc{F($D
Right r; qc5[e
public : H(r D*R[
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} j7k}!j_O{
template < typename T2 > X<P
<-e9
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } {svo!pN:
} ; =R|XFZ,
T9H*]LxK
同时,holder的operator=也需要改动: 3m`>D
e
)AQ^PBwp
template < typename T > c$%*p
(zY
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const $[n:IDa*@1
{ OmO#} k<
return assignment < holder, T > ( * this , t); X3X_=qzc
} MA6
Vy
%.<_+V#h
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ACdPF_Y]
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Bhd)# P
voRry6Q;
return l(rhs) = r; e12QYoh
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 O'mcN*
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ]myRYb5Z
@we1#Vz.
template < typename Tp > _!@:@e)yB{
class constant_t aQtd6L+ J
{ 7RL J
const Tp t; {;c'@U
public : v{VF>qEP
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} \}s/<Q
template < typename T > >8>!wi9U
const Tp & operator ()( const T & r) const )Y7H@e\1
{ ir_XU/ve
return t; v$|~
g'6
} gwRB6m$
} ; J**(7d
e~N&?^M
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 m9DFnk<D
下面就可以修改holder的operator=了 _SAM8!q4,
?<EzILM
template < typename T > 6]?mjG6
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const /si<Fp)z
{ zQ+Mu^|u+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 8&EJ.CQ
} HO<|EH~lu
|Ahf 01
同时也要修改assignment的operator() =w3A{h"^
j
sPavY
template < typename T2 > LzL)qdL
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } |=ph&9
现在代码看起来就很一致了。 #w%-IhP
vE,^K6q0`
六. 问题2:链式操作 Zoxblk
现在让我们来看看如何处理链式操作。 DN)o|p
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。 OvQzMXU^I
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。 'k]~Q{K$
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。 }F0<8L6%
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct kJl^,q
Gqd|F>
template < typename T > pAatv;Ex
struct result_1 3<W%z]k@M
{ ) %Fwfb
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; <7Pp98si,u
} ; NCkI[d]B@
,9bnR;f\
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: j~{cT/5Y_
ujxr/8mjV
template < typename T > =${.*,o
struct ref _|GbU1Hz
{ ~i;{+j6Ho!
typedef T & reference; 5_'lu
} ; iWD|F-
template < typename T > Zw9;g+9
struct ref < T &> D;C';O
{ ZEI,9`t!
typedef T & reference; zw+aZDcV(
} ; wv3,%
lN
pc*)^S
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: O,B\|pd2
7v%c.
template < typename T > NV4g5)D&L
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const pjFO0h_Y
{ ^MvuFA,C
return l(t) = r(t); [oTe8^@[
} JaY"Wfc
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。 jCJcVO>OZ
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 7_i8'(``
]j*2PSJG
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 B}d&tH2^s
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: d5m-f/
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 : ZrJL&
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 )JS6W
最后的布局是: ls@]%pz.1d
Add [
/o'l:
/ \ cFL~<
[>_
Divide 5 Tzex\]fw
/ \ yQ2=d5'V`
_1 3 :k/Xt$`
似乎一切都解决了?不。 '}_r/l]K
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 B'}?cG]
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 ss)x
fG
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: &-ropY
{.:$F3T
template < typename Right > 3gi)QCsk
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const *1dDs^D#|
Right & rt) const 'Z`7/I4&
{ n[ B~C
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); y"q
aa
} 5BhR4+1J
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 FO2e7p^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。 cszvt2BIg
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。 !__0Vk[s
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。 OBWWcL-
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。 9"P|Csj
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? X$Vi=f vt
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: VPUVPq~&
EA& 3rI>U)
template < class Action > UD.bb
class picker : public Action ZL!u$)(V
{ ":Dm/g
public : ;m(iKwDt
picker( const Action & act) : Action(act) {} ix3LB!k<
// all the operator overloaded ywa*?3?c
} ; x|6]+?l@6
i>F=XE
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。 _[2@2q0
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: TekUY m!G
EbC!tR
template < typename Right > $coO~qvU
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const GShxPH{_j
{ ||$&o!;/L
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Mbi]EZ
} Ke$_l]}
4%(Ji
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > jJ,_-ui
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。 wcGK*sWG-
d#ir=+o{h
template < typename T > struct picker_maker Z>rY9VvWD
{ %M(RV_R+6
typedef picker < constant_t < T > > result; {K,In)4
} ; U&5*>fd=
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ~^mUu`@r
{ a{5SOe;;
typedef picker < T > result; ]{>AU^=U
} ; t'qYM5
?8b19DMK6
下面总的结构就有了: "/W[gP[y%
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。 U ZM #O
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。 }r,\0Wm
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 UiFH*HT
至此链式操作完美实现。 =CX1jrLZ
hx;f/EPx
$<}c[Nm
七. 问题3 mB?x_6#d9
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 M^FY6TT4O
* QgKo$IF
template < typename T1, typename T2 > }Mcb\+[
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ahBqYAK9
{ 4fEDg{T
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 4=zs&
}
TCtZ2
<'
7>vm?a^D2&
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: 1yy?1&88S
|c_qq Bd
template < typename T1, typename T2 > xO~ElzGm
struct result_2 p?@ %/!S
{ .KsR48g8
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; $pGT1oF[E
} ; 6cQgp]%
:6^7l/p
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? J=4>zQLW
这个差事就留给了holder自己。 UM}u(;oo%)
/7Q|D sa
5j%G7.S\
template < int Order > |{ jT+
class holder; 3a/n/_D
template <> hsZ/Vnn`
class holder < 1 > YO6BzS/~
{ \bA Yic
public : !3v&+Jrf6
template < typename T > 6_LeP9s )
struct result_1 Cs,H#L
{ "
qI99e
typedef T & result; W:w~ M'o
} ; eRauyL"Q+
template < typename T1, typename T2 > 3r\8v`^>
struct result_2 vdQoJWuB
{ Mf}M/Fh
typedef T1 & result; 1I+9?fa
} ; 0}{xH
template < typename T > >yIJ8IDF
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ==[,;g
x
{ !<bwg
return (T & )r; tF2"IP.
} IG-\&
template < typename T1, typename T2 > s6H'}[E<
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 2wf&jGHs
{ xQy,1f3s+
return (T1 & )r1; !e$gp(4
}
&)eg3P)7
} ; &W `xZyb3
bOY;IB
_
template <> "4j~2{{F
class holder < 2 > GK?ual1
{ ^0VL](bD>
public : ]B8
A
template < typename T > 8h)XULs2
struct result_1 jDzQw>TX
{ h}b:-a
typedef T & result; 7#8Gn=g
} ; _z5/&tm_H
template < typename T1, typename T2 > w~'xZ?
struct result_2 ?^|`A}q#
{ S0$^|/Sr
typedef T2 & result; Fu7:4+
} ; %>_[b,
template < typename T > V35Vi6*p
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 4=PjS<Lu8
{ qTO6I5u
return (T & )r; "TRS(d|3
} >mGH4{H
template < typename T1, typename T2 > j;x()iZ<
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const qY_qS=H^
{ +9)JtmoL
return (T2 & )r2; 6r7>nU&d
} {@Wv@H+4
} ; @SQsEq+A?\
&$"#hGg
'3.\+^3
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 tRjv-
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: ,5DJ54B!
首先 assignment::operator(int, int)被调用: ,GbmL8P7Y
U>5^:%3
return l(i, j) = r(i, j); ,0l
Od<
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) F^ q{[Z
~o}:!y
return ( int & )i; bQ<qdGa
return ( int & )j; oOFTQB_6
最后执行i = j; mvn- QP~"
可见,参数被正确的选择了。 /Vlc8G
% "RJi?
&OR(]Wt0
0b&