一. 什么是Lambda K P{|xQ>  
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 \;	!	oG  
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, ;|_aACina  
 3aIP^I1  
  vf6_oX<Os  
 |hBX"  
   class  filler KW.*LoO  
   {   v5STe`  
  public : 9}p>='  
   void   operator ()( bool   & i)  const    {i  =   true ;}  .?{rd3[ec  
 } ;  x Vk|6vA7  
  GPBp.$q+B  
 QHOA__?  
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: 9qc<m'MZ  
 G"w
?{W@  
  0kxo  
 "FA&Qm0  
 for_each(v.begin(), v.end(), _1  =   true );  [>+R|;ln  
  JGQlx-qv  
 M#o.$+Uh  
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 >i^8K U  
 On
x[}x  
  zAT7^q^  
 '&/	35d9|*  
二. 战前分析 qxS=8#-`(  
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。 O[	tD7!1  
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 htC~BK3(  
  ^Ud1 ag!-  
 \a\-hm  
 for_each(v.begin(), v.end(), _1  =   1 ); U9k;)fK  
   /* --------------------------------------------- */  `K	-j  
 vector < int *>  vp( 10 );  AX6z4G  
 transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(),  & _1);  HKu? J  
  /* --------------------------------------------- */  fZ8%Z
  
 sort(vp.begin(), vp.end(),  * _1  >   * _2); '
>a(|  
  /* --------------------------------------------- */  {
FVLH:{U^  
  int  b  =   * find_if(v.begin, v.end(), _1  >=   3   &&  _1  <   5 ); )I7~<$w  
   /* --------------------------------------------- */  n0|oV(0FE  
 for_each(vp.begin(), vp.end(), cout  <<   * _1  <<   ' \n ' ); \Tf[%	Kt	x  
  /* --------------------------------------------- */  _dOR-<  
 for_each(vp.begin(), vp.end(), cout  <<  constant( ' \n ' )  <<   * _1); fik*-$V`  
   GIXxOea1  
  1k-YeQNe  
 VB
53n'  
看了之后,我们可以思考一些问题: h'*>\eC6  
1._1, _2是什么? ZlaU+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。 7ux0|l   
2._1 = 1是在做什么? {OFbU  
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。 cp D=9k!*K  
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($@9k4!/  
 \@G
7Kk*l  
  X!=E1TL  
三. 动工 )P&>Tc?;z  
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: mocR_3=Q?  
 CjtBQ5  
  -+vA9,pI  
 BET3tiHV  
  template < typename T >  B~S"1EE[  
  class  assignment _X
?W)]:  
   { LxD >eA  
  T value; wHneVqI/U  
  public : `qP <S
  
  assignment( const  T &  v) : value(v)  {}  FR%9Qb7  
  template < typename T2 >  zadn`B#2  
   T2 &   operator ()(T2  & rhs)  const    {  return  rhs  =  value; }  XLwmXi  
 } ;   IE/F =Wr  
  <ezv	  
 QuG=am?l`  
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 5/U|oZM"  
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment M#<U=Ha  
 <'s_3AC  
  8?p40x$m%  
 %V	r vu5	  
   class  holder :|j,x7&/{  
   { 21(8/F ~{  
  public : hC1CISm.U  
  template < typename T >  )ro3yq4??  
  assignment < T >   operator = ( const  T &  t)  const  |Z\?nZ~  
     { o}EipTL  
    return  assignment < T > (t); >%qk2h>  
  }  "9mVBa|Q  
 } ;  DeqTr:  
  8sMDe'   
 W lDcKY  
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: jC<1bf$K  
 U5rcI6  
   static  holder _1;  +|Tz<\.C  
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ?-'m#5i"  
 /-Saz29f^Q  
 for_each(v.begin(), v.end(), _1  =   1 );  FE}!I
  
而不用手动写一个函数对象。 (_:k s  
 9VqE:c  /  
  N(*Xjy+PX  
 %BdQ.\4DS  
四. 问题分析 &b!L$@6  
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。 !m7`E  
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。 Eqx2.S  
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 n-HQk7=mQ  
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 T{9pNf-  
下面我们可以对这几个问题进行分析。 n^} -k'l  
 fY)Dx c&ue  
五. 问题1:一致性 #Az#dt]H  
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	)Imj&;  
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 |r5e#3w  
 ixK&E#
  
 struct  holder XUI9)Ne  
   { 4!%@{H`3  
   //   y r4j   
   template < typename T >  =bn(9Gm!J  
  T &   operator ()( const  T &  r)  const  .9":Ljs(L  
     { 6Z5X?B  
    return  (T & )r; 
dv?ael^  
  }  [73 \jT  
 } ; zWN/>~}U\  
  tyEa5sy4  
这样的话assignment也必须相应改动: +
F{hFuHV  
 D'{NEk@  
 template < typename Left, typename Right >  4CUoXs'  
  class  assignment 2(SU#	/,  
   { MCPVql`+`q  
  Left l; }]dK26pX  
  Right r; ,r=9$i_  
  public : U8f!yXF'  
  assignment( const  Left &  l,  const  Right &  r) : l(l), r(r)  {}  hW^*b:v{  
  template < typename T2 >  YY!Lv:.7>  
   T2 &   operator ()(T2  & rhs)  const    {  return  l(rhs)  =  r; }  [r[IWy(}  
 } ;  ].=~C"s,a  
  #3b_#+,  
同时,holder的operator=也需要改动: pQQN8Y~^Y  
 <)hA?3J  
 template < typename T >  {ylY"FA  
 assignment < holder, T >   operator = ( const  T &  t)  const  wiwAdYEQ\  
    { dC&OjBQ  
   return  assignment < holder, T > ( * this , t); 4trP*u,4  
 }  Ry$zF~[  
  we4k	VAn  
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。 W0zRV9"P	  
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ]xx}\k  
 W6e,S[J^FY  
 return  l(rhs)  =  r;  i~};5j(  
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。 8OS@gpz  
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: )[t  zAaP7  
 lpjeEawo4  
 template < typename Tp >  Ri<7!Y?l  
  class  constant_t fX
^hO+f  
   { n!Dr:$
  
   const  Tp t; \wJ2>Q  
  public : u[{j;l(  
  constant_t( const  Tp &  t) : t(t)  {}  ce3UB~Q  
  template < typename T >  fwkklg^  
   const  Tp &   operator ()( const  T &  r)  const  p`dH4y]D  
     { `Z#0kpXk_  
    return  t; a Uy!(Y  
  }  mJ_5Vt=  
 } ; m;_gNh8 Ee  
  \
oY/hT _  
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 6Kvo Ho  
下面就可以修改holder的operator=了 wjq;9%eXk  
 } @)r\t4m  
 template < typename T >  Li'>pQ+  
 assignment < holder, constant_t < T >   >   operator = ( const  T &  t)  const  ~pZ<VH;h  
    { _/Sqw   
   return  assignment < holder, constant_t < T >   > ( * this , constant_t < T > (t)); xj ?#]GR  
 }  ^"\3dfzKM  
  0[# zn  
同时也要修改assignment的operator() Qkvg85  
 J]!&E~Y  
  template < typename T2 >  VW$a(G_h  
  T2 &   operator ()(T2  & rhs)  const    {  return  l(rhs)  =  r(rhs); }  ?Iin/ <y  
现在代码看起来就很一致了。 9wTN*y  
 jkQ%b.a  
六. 问题2:链式操作 {h}0"5  
现在让我们来看看如何处理链式操作。 EbfE/_I  
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 s~z~9#G(6  
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 }&*wJ]j`L  
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 *(,zPn,  
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct {
 R`"Nk  
 'bd|Oww1u  
 template < typename T >  s|`Z V^R  
  struct  result_1 yd}1Mx  
   { ?rJe"TOIy  
  typedef typename  ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 8t)?$j$  
 } ; @TQzF-%#7  
  K9HXy*y49  
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: <dD)>Y.  
 %W(/W9B$/F  
 template < typename T >  -MK9IO]i  
  struct   ref  f?qp*  
    { {^T_m)|n  
  typedef T &  reference; j; MQ_?"iN  
 } ; 8|"26UwD/  
 template < typename T >  iwXMe(k  
  struct   ref < T &>  tl=H9w&@  
    { 1_jd1UT  
  typedef T &  reference; NimW=X;c  
 } ; N^TE
;BM  
  @Y&UP  
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: '!DS3zEeLS  
 joRrsxFU  
  template < typename T >  NQmdEsK  
 typename result_1 < T > ::result  operator ()( const  T &  t)  const  sGp]jqX2,m  
    { ^[6S]Ft(  
   return  l(t)  =  r(t); SWLt5dV  
 }  ${F4x "x  
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。 +F4SU(T  
 同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 q` 0wG3  
  )Jaq5OMA/  
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 iLbf:DXK(  
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: n/6qc3\5i  
 _1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 E*Z # fa  
 +5 调用divide的对象返回一个add对象。 }T~}W8H  
最后的布局是: [S_qi,  
                         Add S]x\Asj;w  
                       /     \ `3e>JIl"0  
                  Divide     5 !qe:M]C'l  
                  /    \  Wb%t6N?  
                _1      3 V{{Xz:  
似乎一切都解决了?不。 Bnfp_SM  
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。 g}OZ!mKd  
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。 1!=^mu8  
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: s L=}d[  
 6Bf	aB:  
  template < typename Right >  1PUeU+  
 assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result  >   operator = ( const   i",7<01  
 Right &  rt)  const  8W2oGL6  
    { rizWaw5E!8  
   return  assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result  > ( * this , rt); 0,]m.)ws  
 }  f.G"[p  
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 J3z:U&%=  
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。 \0fk^
  
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。  #/0d  
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。 n)uck5  
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。 M-V{(  
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? \\)9QP?  
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: O63:t$Yx#  
 UbEK2&q/8  
 template < class  Action >  }pJLK\  
  class  picker :  public  Action  asZ(Hz%  
   { EXEB A&*  
  public : 4de:h E   
  picker( const  Action &  act) : Action(act)  {}  GWa:C\YK  
    // all the operator overloaded  ?0x=ascP  
  } ; G	-V~6  
   va[r~  
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 928uGo5  
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ".7\>8A#a  
 8)ykXx/f@  
 template < typename Right >  Pk{%2\%&2  
 picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result  >   >   operator = ( const  Right &  rt)  const  d#CAP9n;'  
    { &e\UlM22  
   return  assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result  >  ( * this , rt); 	X]4j&QB  
 }  ]S	3l'	"  
  IKVFbTX:y  
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 4q )+nh~s  
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。  JFu9_=%+  
 "O/
6SV  
 template  < typename T >   struct  picker_maker dqgH"g  
   { 6FkBb!ASk  
  typedef picker < constant_t < T >   >  result; 7V2xg h!W  
 } ; O?$]/d  
 template  < typename T >   struct  picker_maker < picker < T >   >  ?Q~o<%U7  
    { IAi|4,y_L  
  typedef picker < T >  result; ;R([w4[~  
 } ; Z</57w#-7  
  5ENEx  
下面总的结构就有了: ~X<?&;6  
 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。 FWW*f
_L  
 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。 d:#z{V_   
 picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 `t#9
yN  
至此链式操作完美实现。  E1D0un  
 /8wfI_P>M"  
 uQYenCNXS  
七. 问题3 4x-K0  
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。 r1BL?&X-  
 bJcO,M:2  
 template < typename T1, typename T2 >  zG)vmysJf  
  ???   operator ()( const  T1 &  t1,  const  T2 &  t2)  const  aen0XiB6~^  
    { n.=Zw2FE  
   return  lt(t1, t2)  =  rt(t1, t2); >o1,Y&