一. 什么是Lambda L(_bf/@3
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 *n2le7
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, I+']av8e
tZ_D.syBAc
B1(T-pr
7uxUqM
class filler @wx
{ V-w{~
public : Y]:Ch (Q
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} |&AZ95v
} ; Tu_4kUCR!f
^y<8&ZFH
6"u"B-cz
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: ,?`Zrxe[
3s$vaV~(a
-=a,FDeR
nn{PhyK
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); _?c7{
i6$q1*
roHJ$~q?
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 oS#PBql4
noQS bI
@
4ZrRgx2MD
h0;R*c
二. 战前分析 Hm
17El68
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 0{!+N6MiR
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 uxsi+vkI
L_Lhmtm}m
L<[%tv V
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); y5`$Aa4~
/* --------------------------------------------- */ 9;`E,w
vector < int *> vp( 10 ); <@J0
770
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); HCZVvsG
/* --------------------------------------------- */ G)3Q|Vc
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Wr;9Mz&{
/* --------------------------------------------- */ -5d^n\CDK
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); J @^Ypq
/* --------------------------------------------- */ #B!<gA$/
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); t lpTq\;
/* --------------------------------------------- */
Ula
h!s
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); *8I &|)x
8Ao pI3
W|AK"vf
Qk]^]I
看了之后,我们可以思考一些问题: f7oJ6'K
1._1, _2是什么? ],l\HHQ
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。
} @4by<
2._1 = 1是在做什么? TWSx9ii!M:
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 2OsS+6,[x
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 !6*m<#Qm
W>y&
}5]7lGR
三. 动工 '))K'
u
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: /#g
P#Z%
B*AB@
o3(:R0
Vi'zSR28Z
template < typename T > Tga%-xr+
class assignment %ZM"c
{ x|GkXD3
T value; nUf0TkA
public : >Q[3t79^
assignment( const T & v) : value(v) {} ,j e
template < typename T2 > <KBS ;t="1
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } a9g~(#?a
} ; (qDPGd*1
k]9+/$
kV@?Oj.&I,
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 rBZ0Fx$/[
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment W}'l8z]
sny$[!)
U%rq(`;
H_FT%`iM
class holder ob]j1gYb
{ JiFB<Q\
public : &.[I}KH|B
template < typename T > <7_s'UAL!
assignment < T > operator = ( const T & t) const vq:?a
{ -1} &\=8M
return assignment < T > (t); rk
&ME#<r
} 7\[)5j
} ; r -$VPW
rr]-$]Q
qFN`pe,
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: 8,-U`.
K@tEL Yb
static holder _1; -S7i':
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 KpC!C9
Of
m0{c=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); /p$+oA+
而不用手动写一个函数对象。 `wKd##v'@
Af Y]i
U3~rtc*
G.]'pn
四. 问题分析 !3`X Gg
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 jx14/E+^
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 qi$nG_<<Z
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 %>Mcme>(W
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 >f70-D28
下面我们可以对这几个问题进行分析。 5O[\gd-
`Gh J)WA<
五. 问题1:一致性 ~(\.j=x
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?| B["jndyr
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ca<OG;R^
DdqE6qE
struct holder xM=?ES
{ Jk;dtLL}4
// QXEz[R
template < typename T > Y 2[ik<
T & operator ()( const T & r) const HT7I~]W
{ -f["1-A
return (T & )r; )zkr[;j~`
} r-o+NV
} ; @cc}[Uw4B
lJdrrR)wg
这样的话assignment也必须相应改动: m=rMx]k
q\xsXM
template < typename Left, typename Right > Zs2;VW4RW
class assignment ]z8Th5a?o
{ '&/~Sh$%
Left l; |_ OoD9,M
Right r; %LBf'iA
public : }kSP p
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ndu$N$7+
template < typename T2 > b8**M'k
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } %E[ $np>
} ; 8ib e#jlg
|?
rO
同时,holder的operator=也需要改动: g%okYH?
P q1 j
template < typename T > Ml6}47n
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 'EC0|IT)c
{ a fLE9
return assignment < holder, T > ( * this , t); M[cAfu
} qtuT%?wT@Z
kRV]`'u,
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 oiOu169]
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 iUq_vQ@}}
=R*IOJ
return l(rhs) = r; wb ^>/
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 5xQ5)B4k
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ]e$n ;tuW
9<.8mW^68
template < typename Tp > ?}HZJ@:lB
class constant_t G"ixw
{ 0-p
%.}GE
const Tp t; I#;.;%u
public : 3gYtu-1
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} <?h(Dchq
template < typename T > 1n[wk'}qf4
const Tp & operator ()( const T & r) const -@Z9h)G|
{ {4*5Z[
return t; ' pIC~
} pm2]
} ; f8-~&N/_R
$3xDjiBb
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 h-fm)1S_
下面就可以修改holder的operator=了 }\1V%c
P MI?PC[;
template < typename T > :s1.TQ;Y(
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const eQ,VK`7X
{ Y.kc,~vYL
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); /#j)GlNp:
} JOyM#g9-?
58R.`5B
同时也要修改assignment的operator() 2fXwJG'
8!
/ue.T
template < typename T2 > Zzmo7kFx3
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 7!;zkou
现在代码看起来就很一致了。 V P(JV
OW#G{#.6R
六. 问题2:链式操作 $ago
现在让我们来看看如何处理链式操作。 7Rd(,eWE@
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。 qDgy7kkQ
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。 goND S5}
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。 bK{ VjXF
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct &'Xgf!x
?v`24p3PC
template < typename T > PP]7_h^2
struct result_1 C3~O6<,Jh
{ &UO/p/a
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 93=?^
} ; V9cj
_|{Z850AS
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: 5g.Kyj|
g ;XK3R
template < typename T > 0}po74x*r
struct ref v^ v \6uEP
{ At!@Rc
typedef T & reference; ( X+2vN
} ; S;oRE'kk
template < typename T > ^1<i7u
struct ref < T &> &Lbwx&!0b
{ FI~=A/:
typedef T & reference; +G+1B6S
} ; 7Hj7b:3K&!
Bn.5ivF3
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: rC_saHo>#R
w O6>jW
7
template < typename T > \ 7IT[<Se
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const (iIzoEpb8W
{ x:h)\%Dg<
return l(t) = r(t); c2L\m*^o
} $GHi9aj_P
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 FF0~i+5
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Ul3xeu
8L]Cc!~
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 }a#=c*+_
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Sggl*V/q
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ?$y/b}8
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 r]]:/pw?t
最后的布局是: BK
wo2=m~
Add s'OK])>`
/ \ ZE1${QFkG
Divide 5 B>sQcZ:
/ \ hjhZ":I.
_1 3 KTwP.!<v
似乎一切都解决了?不。 GkI{7GD:z
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 s3'kzwX
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 p*Yx1er1
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: K3h"oVn
: %uaaFl
template < typename Right > d[nz0LI|mk
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const U* uMMb}$
Right & rt) const b *3h}n;
{ \HQ.Pwr 6
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Ocn@JOg
} DghqSL^s
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 =NSunW!
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。 d(Hqj#`-31
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。 0fK#:6
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。 (:h&c6'S)b
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。 +q+JOS]L
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? F&B E+b/#
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: m=Mk@xfQ#
y=jZ8+M
template < class Action > RD;A
class picker : public Action P>$+XrTE
{ Om_ "X6
public : /!y;h-
picker( const Action & act) : Action(act) {} P#
U|
// all the operator overloaded J6ed
} ; t<RPDQ>
Kaaz,C.$^
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。 A
PrrUo
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: M
9NT%7Il
J)|I/8!#
template < typename Right > t:v>W8N53
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const wDW/?lT&
{ &> R:oYN
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Vr;>Im
} 7|"$YV'DM
L$@+'Qn@:
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 8*|*@
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。 <*P)"G
8i<]$
template < typename T > struct picker_maker c?aOX/C'
{ 3JqGLR`z3
typedef picker < constant_t < T > > result; &