一. 什么是Lambda b6U2GDm\s
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 t"=
E^r
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, mVVD!
|$vX<. S
{[+mpKq
v hpNpgz
class filler Kla'lCZ
{ np8gKVD
public : |C!ox hu<
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ^G4Py<s
} ; .!f$
\1l
P{wF"vf
MUTj-1 H6)
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: iPd[l{85Z
BQ=PW|[
g;2?F[8Th
*M:B\D
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); n/Sw P
F
P* lQRA
%kS(LlL+6
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 )(ImLbM)
1guJG_;z
| N[<x@
t5y;CxL
二. 战前分析 -(
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。 bYEy<7)x
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 iV&6nh(
x4E7X_
)n2 re?S
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %Z):>'
/* --------------------------------------------- */ *=(lyx_O
vector < int *> vp( 10 ); \QYFAa
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 5*Y^\N
/* --------------------------------------------- */ j@SQ~AS
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); $npT[~U5
/* --------------------------------------------- */ Dp)=0<$y
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 8=NM|i
/* --------------------------------------------- */ 1JztFix
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); /ro=?QYb
/* --------------------------------------------- */ n ~shK<!C
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); aqj@Cjk4Z
gk"$,\DI
c_vqL$Dl
_3TY,l~
看了之后,我们可以思考一些问题: )N7Y^CN~
1._1, _2是什么? 4\Tl\SZ?
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。 sj HrPs e
2._1 = 1是在做什么? I'uSp-Sfy
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。 mt,OniU= Q
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。 M<kj_.
B56L1^7
!,6c ~ w
三. 动工 ~N<4L>y<
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: z([ v%zf
X]wRwG
3'cE\u
]pH-2_
template < typename T > 23Nw!6S
class assignment ;\14b?TUH
{ LUM@#3&
T value;
|8My42yf
public : u~WVGjoQ
assignment( const T & v) : value(v) {} EfCx`3~EX
template < typename T2 > TFkZp e;
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } A
Q'J9
} ; (9Ux{@$o[
u>kN1k Q8
YoBPLS`K
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 {q`jDDM
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment +yk24
`>
g*03{l#P
6L"%e!be6
Z0Vl+
class holder |mGFts}0o'
{ ,
udTvI
public : }bdmomV
template < typename T > 2O.i\cH
assignment < T > operator = ( const T & t) const ]6TATPIr
{ ms*(9l.hOK
return assignment < T > (t); _kU:Z
} o<COm9)i
} ; 0K`#>}W#X
amOnqH-(
:,'wVS8"]
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: BG6B :
OY;*zk
static holder _1; Gd-'Z_ b
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ~Y|*`C_)
@mw5~ +
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); DU5c=rxW
而不用手动写一个函数对象。 [AYOYENp-
eYN5;bx)W
|wiqGzAr{
F'4w;-ax
四. 问题分析 1(I6.BHW
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 q7_ m&-0)
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 8<8:+M}
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 pTPi@SBaP{
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 lI *o@wQg
下面我们可以对这几个问题进行分析。 y\Ic@-aWI
m1B+31'>^
五. 问题1:一致性 b:lP%|7
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| jL%x7?*U0
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ~<_2WQ/$
*h!28Ya(~
struct holder r+":' /[x
{ v"b+$*
// }1Gv)l7
template < typename T > 1*'HL#
T & operator ()( const T & r) const *>|gxM8
{ @D{KdyW
return (T & )r; PsnWWj?c
} D^l%{IG
} ; $8UUzk
]P.'>4
这样的话assignment也必须相应改动: :=u?Fqqws
xe{!wX
template < typename Left, typename Right > 6-z%633DL
class assignment xTj|dza
{ _ba>19csq%
Left l; #gz
M|
Right r; M+U9R@
public : [@J/eWB
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} X-6de>=
template < typename T2 > $c0h.t
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ok!L.ac
} ; 3Dng1}
s5CXwM6cx
同时,holder的operator=也需要改动: fI&t]
>,F bX8Zz
template < typename T > &dM.
d!
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 0AZ")<^~7
{ ,K)_OVB
return assignment < holder, T > ( * this , t); w_.F'
E
} mq@6Q\Z+
,]9P{k]O
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 9oYgl1}d
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 * @ 3Ag(
w,#>G07D
return l(rhs) = r; em,u(#)&
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 "i y
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: fmU {
8(pp2r lR
template < typename Tp > 1S{D6#bE
class constant_t J] {QB^?
{ y0sR6TY)f
const Tp t; Uwf+
public : 39:bzUIF
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} @.$| w>>T
template < typename T > ;_c;0)
const Tp & operator ()( const T & r) const ]Lf{Jboo
{
e?0l"
return t; >3p\m
} [k.t WA,&
} ; cpL7!>^=
>0/i[k-dk
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 q!.byrod
下面就可以修改holder的operator=了 )
i;1*jK
(SpX w,:
template < typename T > +"rDT1^V
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const \UPjf]&
{ _Gn2o2T
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Y~c|hfL
} )eUh=eW
&XIt5<$~R
同时也要修改assignment的operator() [w0QZyUn
|Luqoa
template < typename T2 > 3@kf@Vf
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Bmr>n6|
现在代码看起来就很一致了。 SheM|I~de
.B7,j%1r
六. 问题2:链式操作 TrlZ9?3#D
现在让我们来看看如何处理链式操作。 mWoAO@}Y
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ;&9)I8Us
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 "|EM;o
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ]D?"aX'q>
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct JZ)RGSG i
)#?"Gjf~
template < typename T > j'Gt&\4
struct result_1 PQy4{0 _
{ a!a-b~#cx
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; T-.%
} ; Bal$+S
/Lfm&;
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: kjIAep0rT
(up~[
template < typename T > zBCtd1Xrni
struct ref %'bM){
{ {j9{n
typedef T & reference; } df
W%{
} ; 5 h-@|t
template < typename T > ^]H5h ]U'
struct ref < T &> f86XkECZ;`
{ |?!~{-o
typedef T & reference; `95r0t0hh\
} ; abuh`H#
fY{1F
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: WJQvB=D&
K18}W*$
d
template < typename T > :0Bq^G"ge
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const C6VLy x
{ 6c}h(TkB
return l(t) = r(t); @@R7p
} ,BH@j%Jmy
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。 z6U\axO6
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 IbT=8l,Li
W<bGDh
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 @P#N2:jwj
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: w^Sz#_2
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 hpHr\g
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 #*D)Q/k
最后的布局是: |t^E~HLm,
Add '9laa=H%8
/ \ SON-Z"v
Divide 5 +NeOSQSj
/ \ (uXL^oja
_1 3 vq0Vq(V=
似乎一切都解决了?不。 3-[q4R
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。 7r7YNn/?
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。 'H3^e}
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: @ju@WY45$^
rNrxaRQ
template < typename Right > |LRedD7n
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const {
d=^}-^
Right & rt) const iJ-23_D
{ 2a-w%
(K
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); )Lk639r
} QiQ_bB!\
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 w^?>e;/\
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 /$ w%Q-p
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。 Ok|*!!T
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。 4;w;'3zq
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。 sQ=]NF)\
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? hB"fhX
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: {Bk[rCl
P60~V"/P
template < class Action > 2V"B:X\
class picker : public Action A}BVep@D
{ _Us#\+]_:
public : zpzK>DH(
picker( const Action & act) : Action(act) {} :{PJI,
// all the operator overloaded ]q;Emy
} ; N,`$M.|?
EOIN^4V"
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。 q]\:P.x!>
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: srPWE^&