一. 什么是Lambda d$.t0-lC
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 8+'9K%'@qX
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, %6Wv-:LY
O6JH )Ka"S
j"g[qF/*
}>~';l
class filler $OEhdz&Fi
{
<sdC#j
public : :: IAXGH)
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} S5B12P
} ; i2$7nSQ9
x?T.ItW:K
n?uVq6c
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: L[v-5u)
nO-1^HUl
$&IF#uDf
]6JI((
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); JBzRL"|
ig
G8L
Y:UDte[Lb
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ErZYPl
3%`asCW$
?+6w8j%\
`Hj{XIOx
二. 战前分析 >IZ|:lsxE
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。 2Lravb3
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 e'%"G{(D
PEA<H0
2|a@,TW}-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); j;%RV)e
/* --------------------------------------------- */ ;&="aD
vector < int *> vp( 10 ); }t.J;(ff:
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 2Cy">Exl
/* --------------------------------------------- */ |Uf[x[
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ZWJ%t'kF
/* --------------------------------------------- */ `*?8<Vm
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Wp5w}8g
/* --------------------------------------------- */ +%Y`>1I^#
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 4n1-@qTPF~
/* --------------------------------------------- */ p\xi5z
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); WEX6I16
@log=^
i
qLNX)
]*fiLYe9
看了之后,我们可以思考一些问题: &+"-'7
1._1, _2是什么? -TL `nGF
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。 @C\>P49
2._1 = 1是在做什么? 47]?7GU,
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。 fg[]>:ZT.
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。 <\0+*`">g
LHy-y%?i
X0G
Mly
三. 动工 fK-tvP0}*
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: "v%|&@
R
2.y=P8N
XLG6f(B= F
{~cG'S Y%
template < typename T > z'iAj
class assignment -s]
{ JQ9JWu%a
T value; %M?A>7b
public : 8|9JJ<G7
assignment( const T & v) : value(v) {} c{X>i>l>
template < typename T2 > &RSUB;ymL
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ' pnkm0=`
} ; ]U9f4ODt
E05RqnqBn0
.Ioj]r
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 UXU!sd
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment (t^&L
Os1o!w:m5
xRTr<j0s
QtF'x<cB
class holder W_]Su
{ 52RFB!Z[
public : MXQS6F#
template < typename T > _6Ex}`fyJ
assignment < T > operator = ( const T & t) const ZH@BHg|}H
{ h ~\bJ*Zp
return assignment < T > (t); ]g}Tqf/N%
} :#yjg1aej
} ; _1<zpHp
G{4~{{tI
F0&BEJBkU
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: 7&I+mw/X
RU r0K#]
static holder _1; y2XeD=_'
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 CBj&8#8Z
6Vq]AQx
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); BK+(Uf;g
而不用手动写一个函数对象。 HizMjJ|
Muhq,>!U
627xR$U~
sE,Q:@H5
四. 问题分析 -~wGJM
VA
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 WKHEU)'!
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ;JNI$DR
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 N sUFM
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 w-[A"M]I
下面我们可以对这几个问题进行分析。 @(;zU~l/
yP&SA+
五. 问题1:一致性 rXortK#\%
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?| /.?m9O^
F
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 DA0{s
$}9.4`F>
struct holder K5oVB,z)
{ m{~p(sQL
// g%Yw Dr=0t
template < typename T > =K#12TRf
T & operator ()( const T & r) const 9)_fH6r
{ =|@%5&.P
return (T & )r; ZO^Y9\L
} xlJ8n+
} ; *58`}]
y)5U*\b
这样的话assignment也必须相应改动: f,e7;u z%
"q-,140_
template < typename Left, typename Right > :tc]@0+
class assignment qQL]3qP
{ xe4F4FC'
Left l; !W^b:qjJ
Right r; 3]*_*<D
public : 3`W=rIMli
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} upD2vtU
template < typename T2 > Q%x |
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } f/_RtOSw
} ; K
>-)O=$s
dc ]+1
A
同时,holder的operator=也需要改动: 01UEd8
09_L^'`
template < typename T > 1|+Zmo"
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Pf?*bI
{ ,gvv297
return assignment < holder, T > ( * this , t); C2~t
} 6NvdFss'A{
p4ML }q8
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。 hx'p0HDta
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 @M:Uf7
uk8vecj
return l(rhs) = r; c]qq *k#
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! y~Y]e
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: kQr\ktN\
K):MT[/"
template < typename Tp > SBj9sFZ
class constant_t U\_-GS;1
{ Tug}P K
const Tp t; H;&^A5
public : >
xc7Hr~
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} _N.N?>
template < typename T > 0st)/\
const Tp & operator ()( const T & r) const (TQx3DGq
{ **zh>Y}6
return t; (c{<JYEC
} %E!^SF?Y
} ; tkN5|95
{}vB#!
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 F?+K~['i
下面就可以修改holder的operator=了 w(sD}YA)
L5E|1T
template < typename T > 1T{A(<:o$
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const U1+X!&OCp
{ Bf&,ACOf
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); WVP^C71
} gC}r$ZB(
M]S&vE{D
同时也要修改assignment的operator() %&c+}m
7TTU&7l~
template < typename T2 > CC(At.dd
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } xB1Oh+@i
现在代码看起来就很一致了。 _x.!,
g{
[OH9/"
六. 问题2:链式操作 t)yWQV
现在让我们来看看如何处理链式操作。 s|Hrb_[;l
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。 \'rh7!v-u
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。 (s/hK
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。 kc0YWW Q-:
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct SnMHk3(\
$1Lm=2;U
template < typename T > i7qG5U
struct result_1 mN_KAln
{ 4t(V)1+
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; m=Z1DJG
} ; }CR@XD}[
N2!HkUy2
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: XO*|P\#^
qusX]Tstz
template < typename T > 7=YjY)6r^
struct ref W9!EjXg
{ 2#sJ`pdQ
typedef T & reference; tgu}^TfKkg
} ; sqAZjfy@
template < typename T > z|VQp,ra
struct ref < T &> "V|1w>s
{ p Rt=5WZ
typedef T & reference; rKlu+/G
} ; 4M)
s
NJEubC?
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ] ~;x$Z)
`@8QQB
template < typename T > ZH9sf ~7
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ;QT.|.t6
{ +doZnU,
return l(t) = r(t); &zl=}xeA
} I}5#!s< {&
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。 k79"xyXX
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 _m;#+`E
;&|MNN^
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 WU:~T.Su
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: -Y#YwBy;M
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 [25[c><:w"
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ;a]2hd"6
最后的布局是: ] m$;ra]
Add beLT4~Z=
/ \ |1sl>X,
Divide 5 3"ALohlL
/ \ /D]?+<