一. 什么是Lambda @sXFu[!U
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 j;x()iZ<
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, UK`A:N2[
*MF9_V)8V
gGqrFh\
p|UL<M9{a]
class filler 6r7>nU&d
{ 8tvmqe_G
public : ZsGvv]P
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} (Wzp sDte
} ; >A#5` $i
Lp`.fn8Ln
WhPP4 #
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: J8|MK.oD
Daf|.5>(@
:uL<UD,vu3
MJn-] E
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); _k84#E0
O&%'j
r924!zdbR
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 %L|fTndKH
U,<m%C"
l.YE@EL
fHt \KP
二. 战前分析 =C %)(|
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。 bQ<qdGa
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 <'y<8gpM
}\4yU=JPK
AGhenDNV
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); *X5)9dq
/* --------------------------------------------- */ Pz4#>tP
vector < int *> vp( 10 ); 6F\ 6,E
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); V&mkS
/* --------------------------------------------- */ I16FVdUun4
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); yR[6s#F/h
/* --------------------------------------------- */ ]4:QqdV
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); K.tNV{OL
/* --------------------------------------------- */ uU
d"l,V
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); dwj?;
/* --------------------------------------------- */ |k a _Zy
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); $H:!3-/
?d')#WnC
.jrNi=BP*
J,W<ha*
看了之后,我们可以思考一些问题: <z Gh}.6v
1._1, _2是什么? *A-_*A
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 \aSP7DzqQ
2._1 = 1是在做什么? i'Y8-})
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 n,I3\l9
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ly0R'4j \
An2>]\L
]jT}]9Q$
三. 动工
a~}q]o?j
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: U}92%W?
8ud12^s$
>%/x~UFc5
Tigw+2
template < typename T > tE*BZXBlm
class assignment ;zCUx*{
{ 8SRR)O[)}
T value; eORXyh\K
public : ~nZcA^b#DQ
assignment( const T & v) : value(v) {} g`fG84
template < typename T2 > 6w.E Sm
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } G
e;67
} ; ==Gc%
}[0nTd
wAh]C;+{
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 =VC18yA
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment SYJO3cY
"@ >6<(Ki
+pd,gG?dW
X[tt'5
class holder s-p)^B
{ HxI6_ >n^I
public : J4bP(=w!
template < typename T > A?R`~*Q5
assignment < T > operator = ( const T & t) const 91OxUVd
{ 2z>-H595az
return assignment < T > (t); %=**cvVy
} zlMh^+rMX
} ; .n:Q~GEL
sXVl4!=l6
\Vc[/Qp7Bb
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: rr#nBhh8
9r%fBiSk
static holder _1; t]K20(FSN
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 oR#W@OK@is
}:8}i;#M
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); U>tR :)
而不用手动写一个函数对象。 $;v! ,>
?(ORk|)kU
Zue3Z{31T
OP/DWf
四. 问题分析 JFv70rBe
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。 $dfc@Fn^x
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。 T//xxH]w-
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 kn3w6]
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 RELNWr
下面我们可以对这几个问题进行分析。 <4rnOQ:
p)biOG
五. 问题1:一致性 {-A|f
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?| $dM_uSt
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 BN*:*cmUl
[f+wP|NKL
struct holder K0w}l" )A
{ =O}I{dNKZV
// ^0]0ss;##R
template < typename T > `gSMb
UgF
T & operator ()( const T & r) const }rQ Qe:{]B
{ 8D.c."q
return (T & )r; 5CK+\MK
} A f'&, 1=q
} ; ~5
6&!4
)>@S8v,(
这样的话assignment也必须相应改动: ]_C"A
ns~]a:1yh
template < typename Left, typename Right > ?%3dgQB'
class assignment i1evB9FZ1z
{ Sk{skvd;
Left l; bPVk5G*ruP
Right r; 461g7R%r
public : qU26i"GHp
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} v_KO xV:<`
template < typename T2 > _[rFnyC+0V
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } {
^o.f
} ; $+j1^
X}( s(6
同时,holder的operator=也需要改动: 4/
` *mPW
&S4*x|-C&
template < typename T > Fk=SkSky
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ;nSF\X(;{
{ 7z?;z<VJ
return assignment < holder, T > ( * this , t); |d0ZB_ci
} B*tYp
E2DfG^sGV
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 YR'F]FI
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 l'I:0a
4T
)<5k+O~
return l(rhs) = r; C0N
:z.)4
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 L:HvrB~
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: (zsG!v
J~%43!X\K
template < typename Tp > Jc":zR@5
class constant_t O9daeIF0#
{ WW:G(
\`
const Tp t; ^ ]9K>}
public : ///Lg{ie
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 96w2qgc2
template < typename T > bK:U:vpYm
const Tp & operator ()( const T & r) const A8f.h5~9
{ [9
MH"\
return t; <vcU5
.K.
} 2E }vuw=c
} ; *2Pr1U
aL1%BGlmZ<
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 -
lX4;
下面就可以修改holder的operator=了 1$b@C-B@g
i q`}c
|c
template < typename T > L-+g`
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 6R45+<.
{ }AS?q?4?
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); {+9RJmZg
} )Qb,zS6
i~h@}0WR"
同时也要修改assignment的operator() z}E_wg
y#'hOSR2
template < typename T2 > )$] lf }
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 4r(0+SO
现在代码看起来就很一致了。 o2
ng
\Th<7WbR6#
六. 问题2:链式操作 y,5qY}P+
现在让我们来看看如何处理链式操作。 wPg/.N9H
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 /\%<VBx ?q
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 rZ?:$],U!
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。 '3S~QN
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 7^><Vh"qV
6]v}
template < typename T > Db"mq'vT
struct result_1 %:aXEjm@
{ 3}nk9S:jr
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ?%5VaxWJ
} ; ,D{7=mDVm
X,Na4~JO(
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: ;M?)-dpZ
]FCP|Jz
template < typename T > rpKZ>S|7+)
struct ref nJe}U#
{ =zFROB\
typedef T & reference; AJ7w_'u=@
} ; %)j&/QdzF&
template < typename T > ?4':~;~
struct ref < T &> CyIlv0fd}
{ FMdu30JV
typedef T & reference; ! AwMD
} ; = Pv_,%
~
*&\5rPb
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: y?OP- 27y
7IxeSxXH
template < typename T > "0HUaU,e
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const JY
{ ZR!8hw8
return l(t) = r(t); `=Ip>7T&
} )'kpO> _G
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。 _V$'nz#>e
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 4<Vi`X7[F
[[|#}D:L
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 9w-\K]
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: *?<N3Rr*
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 -+ByK#<%
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 j !*,(
最后的布局是: [oh06_rB
Add zA5nr`
/ \ e \Qys<2r
Divide 5 !@& 3q|
/ \ FW-I|kK.
_1 3 %O`@}Tg
似乎一切都解决了?不。 m]jA(
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。 EL~$7 J
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 IWE([<i}i[
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: mI8EeMa{
`Na()r$T
template < typename Right > ( eKgc
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const aMI;;iL^
Right & rt) const +RJ{)Nec
{ 0%bCP/
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); W'4/cO
} l>\EkUT
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ^$ Y9.IH"
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。 [-\ Y?3
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。 ]r;rAOWVV
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。 wlNL;W@w
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。 dWn6-es
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? WX4sTxJK
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: TOHz3=
%DSr@IX
template < class Action > k>ErDv8
class picker : public Action b/_Zw^DPC
{ `Moo WG
public : SRfh{u
picker( const Action & act) : Action(act) {} m]?Z_*1
// all the operator overloaded 9\ "\7S/Z
} ; W^iK9|[qp
&%fcGNzJQ
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。 V,KIi_Z
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: <%^/uS
eC5*Q=ai,
template < typename Right > ZSu.0|0#
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const vYRY?~8 C
{ P3Ql[2
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); {\5(aQ)Vi5
} [ K?
StJb-K/_cL
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > -`'|z+V
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。 8;gi8Y
4<[?qd3v=
template < typename T > struct picker_maker ;
$rQ
{ K e4oLF2
typedef picker < constant_t < T > > result; oB 1Qw'J
w
} ; w>2lG3H<
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Onx6Fy]L
{ 3#t9pI4
typedef picker < T > result; IRg2\Hq
} ; #ksDU
$^Xxn.B9
下面总的结构就有了: ~) ;4O8~.
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 ~DD
_n
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 "]"0d[d
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 kZF]BPh.
至此链式操作完美实现。 I7vP*YE 7F
5.^pD9 [mT
w"0$cL3
七. 问题3 k^oSG1F
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。 8sj2@d
a[hF2/*
template < typename T1, typename T2 > ,t 2CQ
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const uUfw"*D
{ P'VHga
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); )>ML7y
} &m--}
l-w4E"n3
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: 3}}/,pGSc
JM;bNW8
template < typename T1, typename T2 > eP~3m
struct result_2 IX+Jf? &^
{ )#AYb
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; jN+`V)p
} ; OD'~t,St
{APfSD_4
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? O
?T~>|
这个差事就留给了holder自己。 Gxd/t#;
/6rjGc
XI`_PQco
template < int Order > Kvg=7o
class holder; .45wwouZkc
template <>
Z kw-a
class holder < 1 > c&T5C,]
{ MNs<yQ9I'
public : HJr/N)d
template < typename T > D&m1yl@\J
struct result_1 dFg&|Lp
{ '\{ OQH
typedef T & result; HVvm3qu4
} ; s>;"bzzq
template < typename T1, typename T2 > +_:p8,
5o
struct result_2 |!K&h(J|
{ |6NvByc,
typedef T1 & result; :vi %7
} ; ]/!*^;cY(
template < typename T > Q+f|.0r
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const !}c D e12
{ @16y%]Q-E#
return (T & )r; IRM jL.q
} %enJ[a%Qg
template < typename T1, typename T2 > ` .`:~_OE
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ]}SV%*{%
{ R{}_Qb
return (T1 & )r1;
!& c%!*
} :C;fEJN
} ; =x w:@(]{
;2h"YU-b
template <> Db2#QQ
class holder < 2 > ?Ho$fGz
{ fXevr `
public : h`fZ8|yw
template < typename T > 2^s@n3t
struct result_1 qb nlD\
{ 2;]tIt d1
typedef T & result; lJa-O
} ; 8;=?F>]xn
template < typename T1, typename T2 > W=2.0QmW
struct result_2 IF>v
-Z
{ ?Zv5iI
typedef T2 & result; &/EZn xl
} ; Uj 3{c
template < typename T > R GV{KL
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const N+SA$wG
{ [9?]|4
return (T & )r; iP7KM*ks
} dY?l
oFz
template < typename T1, typename T2 > A f?&VD4K
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const XF{2'x_R
{ LzXIqj'H7T
return (T2 & )r2; N0fE*xo
} @W+8z#xr'
} ; 21$^k5
KI<