一. 什么是Lambda i[O{M`Z%
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 $a.,;:
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, x
T{s%wE
z 0-[ RGg
!;U;5 e=0
87ptab@
class filler )TtYm3,
{ FE4P
EBXvu
public : g}gOAN3.
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ? \p,s-CR:
} ; 6BY(Y(z
9.^2CM6l
QTmMj@R&(
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: k8S`44vj
Dwa.ZY}-
QZ2a1f'G
F['%?+<3
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); |Ca
%dg9$@
+d'1
nqC@dHP
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 j9g0k<eg
K4vOy_wT
8 \Uy
gaC[%M
二. 战前分析 tpj6AMO/`d
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。 ltg\x8w?c
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 z>A;|iL
Qk?J4 B
n>L24rL
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 3ahbv%y
/* --------------------------------------------- */ i0g/'ZP
vector < int *> vp( 10 ); I2^@>/p8\(
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ?atHZLF
/* --------------------------------------------- */ xO
6$:o-
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); i@o'Fc
/* --------------------------------------------- */ SG{&2G
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); <gLq?~e|A
/* --------------------------------------------- */ V: P
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); bS&XlgnKi
/* --------------------------------------------- */ G@8wv J
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Dwbt^{N^
/kc@ELl
n^2'O:Vs
FC
q&-
看了之后,我们可以思考一些问题: rL23^}+^`
1._1, _2是什么? `-yiVUp1:z
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 1{$=N2U
2._1 = 1是在做什么? )F3>
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。 5XF&yYWq
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。 {Z_?7J&z
9|x{z
xv9G%
三. 动工 "YoFUfaNg
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Z11I1)%s
:)j& t>aP
6SP!J*F
5{\ ;7(
template < typename T > fIii
class assignment N/8_0]Gf
{ txFcV
T value; %~E Oq\&
public : ~n{lu'SIX2
assignment( const T & v) : value(v) {} L',7@W
template < typename T2 > TFYp=xK(
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } VmP5`):?b
} ; /ULO#CN?;
$LHF=tYS
"VI2--%v3
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 r[4dGt
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment aSH =|Jnc
6>F1!Q
miEf<<L#z
(&oT6Ji
class holder *zl-R*bM$
{ >fx/TSql:J
public : G`R_kg9$
template < typename T > l*]nvd_
assignment < T > operator = ( const T & t) const U!i @XA%P
{ $&KiN82,
return assignment < T > (t); k56*eEc
} i/aj;t
} ; tvR|!N }
nna boD
[WN2ZQ
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: ,'a[1RN
a{+;&j[!
static holder _1; [9,34/i
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 my*E7[
N51WY7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); I!Uj~jV
而不用手动写一个函数对象。 |v@ zyOq&b
U{ZKxE
}ZkGH}K_}
{9|S,<9
四. 问题分析 Q'c[yu
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。 5Tiap8x+<
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。 0khAi|PY
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 KYC<*1k
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 U{PFeR,Uk
下面我们可以对这几个问题进行分析。 8c' 5P
R/ 3#(5
五. 问题1:一致性 H':0
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?| Oi$$vjs2
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 C`b)}dY
^9`~-w
struct holder }-%:!*bLj
{ ~5
e
1&
// q|S,^0cU
template < typename T > .(X!*J]G
T & operator ()( const T & r) const 2PQY+[jx
{ #p/'5lA&j
return (T & )r; t[%ELHV
} (k24j*1e$
} ; &n9srs
~vstuRRST
这样的话assignment也必须相应改动: eGi|S'L'
yYPFk
template < typename Left, typename Right > 2hFOwI
class assignment "J*LR
{ 7YQ689"J6B
Left l; b_GAK
Right r; '[Z.\
public : Rq,Fp/
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} dZ"d`M>o6
template < typename T2 > Rkh
^|_<!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } $*vj7V_
} ; *vP:+]
Yy4l -} "
同时,holder的operator=也需要改动: 0w ;#4X:m
PLs(+>H
template < typename T > Ujfs!ikh&F
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 7!('+x(>
{ )d7U3i
return assignment < holder, T > ( * this , t); 4<y|SI!
} mcLxX'c6<h
A}z1~Z+
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 YA*E93 J0
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 G:Cgq\+R
>|_B=<!99W
return l(rhs) = r; <: I]0|[
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 EV|L~^Q
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: kd+tD!:F(
y3!#*NU
template < typename Tp > (qg~l@rf
class constant_t u%rB]a$/
{ ( Y)a`[B
const Tp t; n_1,-(t
public : :my@Oxx4@
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} cDqj&:$e
template < typename T > V(<(k,8=
const Tp & operator ()( const T & r) const .tt= \R
{ Su/}OS\R
return t; CpdQ]Ai[
}
Sn-D|Z
} ; VQHQvFRZ)
GL8 N!,
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 (5&l<u"K~
下面就可以修改holder的operator=了 &E$:^a4d
d{~Qd|<rr
template < typename T > g%2twq_
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const :IX_}|
{ cvO;xR
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); .Af H>)E
} #Q$`3rr
m`H9^w%W
同时也要修改assignment的operator() g0"KCX
-K U@0G
template < typename T2 > Ps9YP B-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Wkc^?0p
现在代码看起来就很一致了。 VO+3@d:
hSfLNvK
六. 问题2:链式操作 C^!ej"
现在让我们来看看如何处理链式操作。 hv8j$2m
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ^9xsbv
B0
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 8`;3`lZ
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 -[-Ry6G
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct &$hT27A>k
C 8qVYrw
template < typename T > hP26 Bb1
struct result_1 atWB*kqI
{ Z=CY6Zu7
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; a#i%7mfn
} ; ?*A"#0
O!.mc=Gx7
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: 3:G94cp5
kU$M 8J.
template < typename T > TM?7F2
struct ref E?3$ *t
{ TM1J1GU
typedef T & reference; P'q ._U
} ; `8N],X
template < typename T > *'hvYl/?>
struct ref < T &> nO7#m~
{ Rhil]|a/
typedef T & reference; NJTC+`Hm
} ; dI|`"jl#
vV+>JM6<K
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 8GFA}_(^R
O4w:BWVsn
template < typename T > ;
#^Jy#)
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const PmT,*C`/X
{ 'c|Y*2@
return l(t) = r(t); 6mbHfL>cO
} d( +E0
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。 XG_Iq ,
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 UONW3}-
8/* 6&#-
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 [Q*aJLG
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: HOY9{>E}z
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 /"%QIy'{
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Il9pL~u
最后的布局是: FWzf8*^
Add j2"Y{6c
/ \ b(McH*_8e
Divide 5 GDj
ViAFm
/ \ 9X PQ1LSx
_1 3 !%_H1jk
似乎一切都解决了?不。 L?(%
*
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。 k1
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。 J((.zLvz
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: 8{Id+Q>Vo,
>J[Wd<~t
template < typename Right > B[rxV
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const >o"3:/3
Right & rt) const (G:K?o)
{ 8FY/57.W
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 9#AsSbBpf
} @43o4,
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 RU^lR8;
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。 [F<Tl =
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。 c(<,qWH
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。 bs_"Nn?
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。 dQ4K^u
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? ^"d!(npw
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: v|v^(P,o
JV#)?/a$z
template < class Action > 044*@a5f
class picker : public Action {%;KkC8=R
{ jW-j+WGSM
public : Z 7M%}V%
picker( const Action & act) : Action(act) {} $&|*v1rH
// all the operator overloaded Nl^{w'X0h
} ; &G>EBKn\2`
L('G1J}
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。 d#9"_{P
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: F+@E6I'g
a+CHrnU\;
template < typename Right > 6T_Mk0Sf+
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const buhn~ c
{ g(0
|p6R
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); $LF
}
Bjz\L0d
K"sfN~@rT[
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > KR6*)?c`
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 hC.7Z]
<E|K<}W#
template < typename T > struct picker_maker bTn7$EG
{ 43;@m}|7$
typedef picker < constant_t < T > > result; _r}oYs%1
} ; )oSUhU26}
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > f*g>~!
{ t?0D* !D
typedef picker < T > result; '`Smg3T!~S
} ; xwj%X%2
dsP1Zq
下面总的结构就有了: !(hP{k ^g
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。 |Aw(v6
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。 ,Jf)A/_
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 d/G P.d
至此链式操作完美实现。 x hFQjV?V
*My? l75
u|=G#y;3
七. 问题3 eYurg6Ob~
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。 b-{\manH
L30x2\C
template < typename T1, typename T2 > 26E"Ui5q
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const .d5|Fs~B
{ gno V>ON0
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); N2VF_[l
} +OF(CcA^
zJ#e3o .
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: B(mxW8y
EO,;^RtB
template < typename T1, typename T2 > FG~p_[K
struct result_2 6$>m s6g%
{ Hm+-gI3*
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ,XW6W&vR;
} ; Lrr^obc
fz
W%(.tc\
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? 2FO.!m
这个差事就留给了holder自己。 ,sk;|OAI
'?5=j1
0*%j6*XDq9
template < int Order > 3R?7&oXvH
class holder; Ho?+?YJ#P
template <> W Io^=?%
class holder < 1 > 8=7u,t
{ 2;4Of~
public : GG\]}UjX
template < typename T > ^\cB&<h
struct result_1 r +;C}[E
{ jz|zq\Eek
typedef T & result; \qAMs^1-
} ; } VE[W
template < typename T1, typename T2 > O!zH5
struct result_2 e+=Oj o#
{ >#R<