一. 什么是Lambda 8pp^
w
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 W7r1!/ccj
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, G'T/I\tB
gh>'O/9
<1cYz\/!M
*J&XM[t
class filler LT']3w
{ l(
/yaZ`
public : {L^b['h@
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} &>y[5#qOl
} ; \q(DlqTqs
H}5zKv.T
k \rzvo=U
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: Rl@k~;VV
xrd@GTaI
{W*_^>;K
H.cN(7LXm
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); G41 gil6k
[9| 8p$
{eo4J&as
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 N'[bA
jp?;8rS3
*<Yn
/<,LM8n
二. 战前分析 @LZ'Qc
}@
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。 OCIWQ/
P
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 Vf<VKP[9K
0EiURVX
oU[Ba8qh
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); y8=p;7DY
/* --------------------------------------------- */ s8 S[w
vector < int *> vp( 10 ); jSNUU.lur
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); szW_cjS
/* --------------------------------------------- */ PEqO<a1Z8
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ~$xLR/{y
/* --------------------------------------------- */ WxwSb`U|
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); _EMq"\ND
/* --------------------------------------------- */ -v"\WmcS
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); F/GfEMSE
/* --------------------------------------------- */ =8FV&|fP
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); "|<6bA
0Yk@O)
x
k1Cx~Q)XC
xdw"JS}
看了之后,我们可以思考一些问题: k=">2!O/
1._1, _2是什么? 6M^P]l
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 baJ(Iy$XT
2._1 = 1是在做什么? T;!7GW4E
?
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。 pt[H5
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。 MR:GH.uM:
mqxgrb7
T4MB~5,i
三. 动工 &-^|n*=g6
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: k+Ew+j1_
=[{YI2S
78a!@T1#
"";[U
template < typename T > W+N9~.q\^
class assignment #lDf8G|ST~
{ Z+%Uwj
T value; \z'A6@
public : []B9Me
assignment( const T & v) : value(v) {} 1HOYp*{#wP
template < typename T2 > : V16bRpjL
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } zzmZ`Ya
} ; VK)1/b=yT
UykOQ-2-n
2ZHeOKJ-
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 3u]#Ra~5
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment V^Gz7`^
\GA6;6%Oo
s%Ez/or(T
I{>U 7i
5
class holder N$#518
{ 4-lG{I_S:
public : 8w,U[aJm
template < typename T > $x_6
.AOZ,
assignment < T > operator = ( const T & t) const *]uo/g
{ LObS
7U
return assignment < T > (t); Bqo8G->
} Y4E UW%
} ; Tc{r;:'G<
UG)J4ZX
zQY|=4NP
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: N~I2~f
Qn`$xY9mT
static holder _1; 1O" Mo
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 yL =*yC
]WZ_~8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Ml &Cr
而不用手动写一个函数对象。 #=6A[<qX
BGAqg=nDV
[AAG:`
r2:n
wlG
四. 问题分析 Ec!fx\
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。 l+# l\q%l
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。 4yLC
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 MD ETAd
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 _"BYnPq@wb
下面我们可以对这几个问题进行分析。 NpS*]vSO
V?KACYd@O
五. 问题1:一致性 8NY$Iw
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 9rhIDA(wc
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 N^,@s"g
w]n ,`r^
struct holder %3v:c|r
{ G/Ll4
:
// B+e$S%HV
template < typename T > u$T`Bn
T & operator ()( const T & r) const Vp3r
{ |Ld/{&Qr
return (T & )r; vfb~S~|U6g
} z}XmRc_Ko
} ; <hG=0Zc r
>:5^4/fo*
这样的话assignment也必须相应改动: \W^Mo>l
<sXmk{
template < typename Left, typename Right > w&6c`az8
class assignment $L|YllD%
{ Koh`|]N
Left l; i21ybXA=Z
Right r; uc6;%=%+
public : S;0,UgB1
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Q)"L 8v
v
template < typename T2 > (e>.hfrs
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } WJH)>4M#
} ; ;Od;q]G7L
a3o4> 9
同时,holder的operator=也需要改动: x,kZ>^]&b
[X >sG)0S~
template < typename T > ] r8
hMv
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const b"`Vn,
{ :mwNkT2et
return assignment < holder, T > ( * this , t); 4]\f}
} T<!&6,N A
j\V9o9D
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 gQpF(P
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 dWC[p
7|~j=,HU+Z
return l(rhs) = r; Vf
Jpiv1
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 gHU/yi!T
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: XS!mtd<q
'%!'1si
template < typename Tp > EH;w
<LvT
class constant_t L,I5/K6
{ \Qp #utC0s
const Tp t; x)'4u6;d
public : YuO-a$BP
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 7nh,j <~;2
template < typename T > 99T_y`df
const Tp & operator ()( const T & r) const nxzdg5A(w
{ C %l!"s^
return t; KH4
5A'o
} PA5_
} ; O0?.$f9 s
|T53m;D
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ],rtSUO
下面就可以修改holder的operator=了 >eHSbQu/Bu
zE"ME*ou
template < typename T > qPgLSZv
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 76i)m!
{ Nr.maucny
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 3EGQ$
}
K]mR9$/
I`%\ "bF@
同时也要修改assignment的operator() <|= UrG
R#ayN*
template < typename T2 > 8=
jl]q$<
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } e=b>:n
现在代码看起来就很一致了。
qMD!No
MPt:bf#
六. 问题2:链式操作 _sU| <1
现在让我们来看看如何处理链式操作。 l V[d`%(
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。 {3RY4HVT?
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。 `N0Mm7
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。 AF5$U8jf
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct !f~ =p
]fH U/%
template < typename T > mmC&xZ5f
struct result_1 =*Z=My}3~
{ yRQR@
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; PZn[Yb:
} ; i?R+Ul`Q
xpo<1Sr>S
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: =
;sEi:HC
(;1FhIi&
template < typename T > :[#g_*G@p
struct ref imcq
H
{ cU\Er{
k
typedef T & reference; ,o(7z^1Pe;
} ; kz]vXJ
template < typename T > z@E-pYV
struct ref < T &> Pkx*1.uo
{ 57/9i>
@
typedef T & reference; J)O1)fR
} ; 3eUTV<!
Vl;GQe
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: w9D<^(_}/
Do@:|n
template < typename T > SJY<#_b
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 9W$d'IA
{ ?haN ;n6'
return l(t) = r(t); Y40Hcc+Fx
} +^% y&8e
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。 ns_5|*'
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 !6_lD0
:>gzWVE<
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 Kp")
%p#
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: H\ A!oB,sw
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 8>.l4:`
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 jg8j>"Vj>
最后的布局是: 7Mxw0J
Add JZ6{W
/ \ a/!!Y@7
Divide 5 VO ^[7Y
/ \ B9`^JYT<
_1 3 =|IB=
似乎一切都解决了?不。 g+8j$w}
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。 ]=v_u9;
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。 m x@F^
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: y=y=W5#;77
;Ab`b1B
template < typename Right > *ayn<Vlh`^
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const mQt';|X@
Right & rt) const $Xf1|!W%a%
{ 6x KbK1W
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); T1bPI/
} et";*EZJX
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 .5+*,+-
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。 b9uo6u4s
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。 l1^/Q~u
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。 %lZ++?&^
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。 j.MpQ^eJ7
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? 8%s^>.rG
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: t ZUZNKODW
B<