一. 什么是Lambda )Ah
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 J%f5NSSU{6
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, ?8! 4!P%n
tI{
n!
(rZq0*
na
$z\C\
class filler :XBeGNI*#
{ IOTHk+w
public : 9Wx q
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} yW|yZ(7
} ; TDtk'=;
N;-+)=M,rf
e
d4T_O;
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: V}pw ,2s
u33+ ikYv
&}:Hp9n
B{s[SZ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); #1u4Hi(x5
,!%[CpM3
$3Wl~
G}
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 X[NsdD?w1+
kfm8F8sxl
L-@j9hU{
6n%^
U2H/-
二. 战前分析 "M_X9n_
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@V;y
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 o~<fw]y
oc\rQ?
}4_izKS
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); HEjV7g0E
/* --------------------------------------------- */ D\j1`
vector < int *> vp( 10 ); -U%wLkf|
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); G:u[Lk#6K
/* --------------------------------------------- */ /d'^XYOC
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ,W*<e-
/* --------------------------------------------- */ z6'zNM7M
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); @YpA'cX7
/* --------------------------------------------- */ =,gss&J!!
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); _Mq@58q'
/* --------------------------------------------- */ .HZYSY:X
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); E# e=<R
,E)bS7W
&giJO-^
f
$vGl Z<3g
看了之后,我们可以思考一些问题: #MGZje,I
1._1, _2是什么? Qf>dfJ^q
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 *|euC"5c
2._1 = 1是在做什么? (X>r_4W$
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。 ms;Lu-UR
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。 fcJ#\-+E
`'Z ;+h]
rU.ew~
三. 动工 Sm+Ek@Ax
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: lmr{Ib2a
9l{r&]
Am kHVg
C/!2q$
template < typename T > eSa ]6
class assignment xiA9X]FB
{ *RxbqB-
T value; G_j`6v)
public : 8.Y6r
assignment( const T & v) : value(v) {} ^U~YG=!ww
template < typename T2 > tJHzhH)
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } .~W7{SY[
} ; F P
mLost
3@ay9!Xq
YroKC+4"i
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 "5Kx]y8
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment z%*ZmF ^K
+` Em&
ub,Sj{Mq"
wG^{Jf&@$
class holder O$$s]R6
{ V)N9V|O'
public : IWm|6@y
template < typename T > aeH
9:GQ6
assignment < T > operator = ( const T & t) const 7|,5;
{ InPq1AH
return assignment < T > (t); ;"joebZ/
} E@t~juF!
} ; A`X$jpAn&
T!v%NZj3
K +w3YA
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: }p8a'3@Z
(U$ F) 7
static holder _1; = UTv
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 p_P'2mf
m:p1O3[R
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); _h@e.BtDs
而不用手动写一个函数对象。 p@r~L(>+3
8@b@y|#]X
(q:L_zFj>"
mI"|^!L
四. 问题分析 6"jq/Pu
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。 ~Qzm!Po,
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。 'Ur$jW
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 )W*S6}A
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 8#7z5:_
下面我们可以对这几个问题进行分析。 !\?? [1_e
v9M;W+J
五. 问题1:一致性 "hs`Y4U
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| /A<L
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 2,NQ(c_c$
6PvV X*5T
struct holder c(YNv4*X
{ ,VJ0J!@
// @Cw<wrem
template < typename T > ,pf<"^li
T & operator ()( const T & r) const &:'Uh
W-t
{ \J9@p
return (T & )r; oEKLuy
} sbkWJy
} ; NsWyxcty
iSIj ?.
这样的话assignment也必须相应改动: g%RL9-z
e-{k;V7b
template < typename Left, typename Right > Xv=n+uo
class assignment HRPTP+
{ +s1mm c
Left l; 193Q
Right r; nJ'O(Wh,)
public : 10}\7p8
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} XQlK}AK
template < typename T2 > aSKI%<?xN
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } mNcTO0p&
} ; Jqjb@'i
j<wg>O:s%r
同时,holder的operator=也需要改动: ` [@
F3x
ur*1I/v
template < typename T > jk 9K>4W
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const B{c,/{ =O
{ 3{]i| 1&j
return assignment < holder, T > ( * this , t); `4 w0*;k;
} >,32~C
3Yg/-=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。 ^aXyho
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 F!'b_gmz
KQQR"[z&V
return l(rhs) = r; X`^9a5<"
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。 Ojie.+'SB
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: dbE $T
K.b-8NIUW
template < typename Tp > ]#R;%L
class constant_t 'iUfr@
{ V:My1R0
const Tp t; Wx;9N
public : 0gfa7+Y
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} +a"Asvw2
template < typename T > EiIbp4*e
const Tp & operator ()( const T & r) const Xm\tyLY
{ 7(Y!w8q&^
return t; {gK
i15t
} J/R=O>
} ; C x$|7J=O
nmS3
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 h"]v+u`!SM
下面就可以修改holder的operator=了 3D;\V&([
~A [ Ju%R
template < typename T > }UQBaqDH
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const [S-NGip
{ rv:,Os_
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); c?>Q!sC
} d8dREhK&
:eei<cn2
同时也要修改assignment的operator() e!G
I<
i&{8a3B
template < typename T2 > *sZOws<
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Ok2k;
+l
现在代码看起来就很一致了。 D|`[ [
,MuLu,$/
六. 问题2:链式操作 F}2U8O
现在让我们来看看如何处理链式操作。 @6}c\z@AxM
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 0@^YxU[YN
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 |UBR8
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 !-LPFy>
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ]%ikr&78u
4+' yJ9~,B
template < typename T > ~U ?cL-`n
struct result_1 'zi5ihiT
{ )5Gzk&|
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 6_`x^[r
} ; ]0V~|<0c
!)_80O1
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 6&$z!60
Lt|k}p@]
template < typename T > UH.M)br
struct ref !|!:MYn
{ %L<VnY#%u
typedef T & reference; Wi
hQj
} ; qRTxg%
template < typename T > s1:UCv-%
struct ref < T &> $zyY"yWRZ
{ uTBls8
typedef T & reference; a?M<r>
} ; i2)rDek3]T
Y'%sA~g
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: K?(ls$
E;| q
template < typename T > kO~xE-(=
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 2,E&}a|;b
{ Pm%ZzU
return l(t) = r(t); h,rGa\X~0
} QYyF6ht=!
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。 6wIv7@Y
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 `c(,_oa{
Rfeiv
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 `f8{^Rau
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: v3Te+oLg
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 X./8
PK?&
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 %7/XZQ
最后的布局是: -`&4>\o2Lx
Add x44)o:
/ \ %Kd8ZNv
Divide 5 S-Ryt>G
/ \ ^['% wA%
_1 3 ov*zQP
似乎一切都解决了?不。 g@`14U/|
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。 K3!|k(jt
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)Vz9,
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: }\OLBg/
+mMn1&
template < typename Right > e7>)Z
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 4Y Xtl+G
Right & rt) const xJJlV P
{ D0~ WK
stl
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ?b^VEp.;}
} m:/ nw,
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 It(8s)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。 :-Ho5DHg
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。 J<>z}L{
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。 QE=Cum
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。 *{)[:;
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? #W~5M ?+
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: /n/U)!tp
JrOp-ug
template < class Action > f(|qE(
class picker : public Action gE`G3kgn{
{ Ej F< lw
public : nxA]EFS
picker( const Action & act) : Action(act) {} vXq=f:y4
// all the operator overloaded PF1!aAvVb
} ; Kg~<h B6
aluXh?
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。 QKE$>G
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 9'Pyo`hJ#U
STVJu![
template < typename Right > %0Ulh6g;Dt
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Yw\}'7
{ ?G*XZ0u~
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); .hSacd
} z%`Tf&UL
1LJ
?Ka[_*
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ]Qkto4DQ5
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 !5?#^q
nyw, Fu
template < typename T > struct picker_maker Zo-E0[9
{ ^.nvX{H8~=
typedef picker < constant_t < T > > result; `$nMTx]Y
} ; JihI1C
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > iL/(WAB_od
{ S`U Gk
typedef picker < T > result; V/"XC3/n*
} ; tURIDj%#p
]6pxd \Q
下面总的结构就有了: =yz#L@\!
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。 !jU<(eY
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。 rf@/<Wu
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 5#80`/w^U
至此链式操作完美实现。 jMzHs*:
qaA\.h7
/21d%T:}
七. 问题3 5l=B,%s
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。 pyT+ba#
Z,lUO.
template < typename T1, typename T2 > t TA6 p
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const MPAZ%<gmD
{ HdJLD+k/
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); -,TBUWg
} m{JiF-=u
UacN'Rat
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: E:D1ZV
3+EJ%
template < typename T1, typename T2 > v@XQ)95]F
struct result_2 P>)-uLc~W
{ U4 m[@wF
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; J.$<Lnt>u
} ; 7. G
Ua5m2&U