一. 什么是Lambda .$7RF!p
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 FvY=!U06
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, J/Lf(;C_
_GFh+eS}
J]#rh5um
6 &0r/r
class filler H(gY=
{ qajZ~oB{
public : QkC*om'/!
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} }79O[&
} ; : NA(nA
3
DxwR&S{
qxDMDMN
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: !y B4;f$
}Nd1'BVf
R?{xs
"[!b5f3!I
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); &l3(+4Sh
EQ ee5}
R~T}
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 LWm1j:0
^3BPOK[*gB
PPH;'!>s"
l)*(UZ"
二. 战前分析 y: x<`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。 q)L4*O
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 2.I|8d[
C1e@{>
:;.^r,QAI
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); "gJ.mhHX
/* --------------------------------------------- */ Y|><Ls6Q
vector < int *> vp( 10 ); Yj1|]i5b
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); vQyY
%
/* --------------------------------------------- */ Te
L&6F$
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); in/~' u
/* --------------------------------------------- */ 8T9s:/%
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); JJ7A`
;
/* --------------------------------------------- */ x<M::")5!V
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 9D+k71"+
/* --------------------------------------------- */ 'I&0$<
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); D<d,9 S,)
,wes*
&`@YdZtd"
&TBFt;
看了之后,我们可以思考一些问题: Mq)]2>"v
1._1, _2是什么? c>K]$;}
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。 qvSYrnpn
2._1 = 1是在做什么? #i@f%Bq-
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。 tRJ5IX ##L
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。 }LS8q
A~PR
lbda/Zx
三. 动工 `
= O
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: u6Gqg(7hw
&Y?t
,{HQKHg
`!Z?F]):G
template < typename T > yiQ ?p:DM
class assignment
Pd~=:4
{ m%`YAD@2z
T value; >-I <`y-H
public : rZ `1G
assignment( const T & v) : value(v) {} 63Zu5b"O/
template < typename T2 > v#qd q!64
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } XQ}J4J~Vm
} ; iVn4eLK^v
;7z6B|8
|T""v_q
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 7j\^h2
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment g,._3.D
GLtd<M"
y|ZL<L
-i:WA^yKgw
class holder NSz}
{ iibG$?(
public : _GG\SWm
template < typename T > EcB
!bf
assignment < T > operator = ( const T & t) const 6XWNJb
{ /%& d:
return assignment < T > (t); X>[i<ei
} Q
84t=
} ; P 0.cF]<m
a
~v$ bNu
'%rT]u3U
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: tdH[e0x B
SUUNC06V
static holder _1; Pz2 b
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 nXRa_M(z8
|MZ1j(_
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 6#+&/ "*
而不用手动写一个函数对象。 BI`)P+K2
2xLtJR4L
N@c GjpQ
t`H1]`c?
四. 问题分析 \ZLi 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。 }i~k:kmV
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。 3
,>M-F
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 K'ZNIRr/C
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ,-e}Xw9
下面我们可以对这几个问题进行分析。 [LnPV2@e
Z0L($
五. 问题1:一致性 A7X
a
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?| z^QrIl/<c2
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Da(k>vR@4
Qfn:5B]tI
struct holder h:8P9WhWF
{ C(XV
YND3
// B"&-) (
template < typename T > S $p>sItO
T & operator ()( const T & r) const $NVVurXa
{ cz9J&Le>
return (T & )r; MIZdk'.U
} E#KZZ lbx
} ; 7\
_MA!:<
nEsD+}E?
这样的话assignment也必须相应改动: F$as#.7FF
d0 )725Ia
template < typename Left, typename Right > 5IF5R#
class assignment sv=U^xI
{ KHAc!4lA
Left l; \AwkK3
Right r; "A}sD7xy9
public : lJdBUoO
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} L(;$(k-/(
template < typename T2 > O^MI073Q>t
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Ok_}d&A
} ; AO7[SHDZ
_2jL]mB
同时,holder的operator=也需要改动: =5\*Zh1
L/ 7AGR|;C
template < typename T > h <4`|Bg+
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 4Im>2)
{ qLCNANWnd
return assignment < holder, T > ( * this , t); o.ZR5 `.
} gq?7O<
'f6H#V*C
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 DquLr+s~
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 lbAhP+B
Z5vdH5?!r
return l(rhs) = r; |SOLC
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 g=t`3X#d
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: \U$:/#1Oe
*S}@DoXS
template < typename Tp > O >h`
class constant_t u!K1K3T6k
{ , -Hj
const Tp t; MDlH[PJ@i
public : C-y MWr
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ooVs8T2
template < typename T > 9O 'j+?(`@
const Tp & operator ()( const T & r) const e#*3X4<\K
{ F@?-^ E@
return t; lEHx/#qt9
} yh
E% X
} ; jfMkN
#Nh'1@@
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 b$b;^nly
下面就可以修改holder的operator=了 q\@Zf}
e{E\YEc
template < typename T > :(A&8<}-6
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const $9X+dvu*
{ z,aMbgt
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 2K9X (th1
} "K(cDV Q
v%:deaF
同时也要修改assignment的operator() Uoe{,4T
GNJ/|9
template < typename T2 > Z^> 4qf,k
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ~LS</_N
现在代码看起来就很一致了。 rn|]-^ku/
v*!N}1+J
六. 问题2:链式操作 Mc,|C)
现在让我们来看看如何处理链式操作。 (vG*)a
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 9E ^!i
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 W_}j~[&
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ?"Ez
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct E4% -*n
"%Ok3Rvv
template < typename T > Oo
:Dt~Ib
struct result_1 KM;H '~PZi
{ `0qjaC
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ~LuGfPO^
} ; a>OYJe
&<;T$Y
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: Po)U!5Tm
/Z6lnm7wJ
template < typename T > qHub+"2
struct ref jkL=JAcf~
{ Ca'BE#q
typedef T & reference;
e;`(*
} ; sbmtx/%U
template < typename T > 486\a
struct ref < T &> KyNu8s k
{ \}Am]Y/ w
typedef T & reference; Z4i))%or
} ; }*(_JR4G
^y@
W\
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: i F+:j8
b
"Ol:ni1
template < typename T > !K(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const DP),~8
{ GKFRZWXdT
return l(t) = r(t); |yk/iO(
} (B4)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。 S'!&,Dxq^
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 +%XByY5
GM2}]9
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 %nkP" Z#
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: {Phq39g
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 QQW}.>N
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 v's1&%sM
最后的布局是: dE"_gwtX
Add f!kZyD7
/ \ UE^o}Eyg
Divide 5
skl3/!
/ \ ')v,<{
_1 3 9>4 #I3
似乎一切都解决了?不。 >>T7;[h
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。 Q$ew.h
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 c~tl0XU1
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: 4 *}H3-`
T!,5dt8L
template < typename Right > 9;LjM ~Ct
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const -7&ywgxl
Right & rt) const gfK_g)'2U
{ ei4LE
XQ16
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); KfjWZ4{v
} ^gcB+
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 UWO3sZpU
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 W7n^]~V
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 (W
h)Ov"
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 rY(7IX
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 D\5+2 G
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? B(M-;F
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: /!0&b?
+#,J`fV%
template < class Action > -ZE YzZqY
class picker : public Action
7V5c`:"
{ t|'%0 W
public : XB!qPh.
picker( const Action & act) : Action(act) {} b\JU%89
// all the operator overloaded s/hgWW$
} ; ZY,$oFdsi
d(|?gN^
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。 =!L}/Dl
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: B{=DnB6
f#&z