一. 什么是Lambda Ed,~1GanY
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 )SRefW.v
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, pF:$
ko
)<;Y-u.UW
yyRiP|hJ
1AfnzGvA
class filler |[ k.ii6iO
{ xU>WEm2
public : i8[t=6Rm@
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} #9}D4i.`}
} ; b vr^zH,C
FR4QUk
E=CsIK
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: Cc' 37~6~P
mD0f<gJ1
7>Ouqxh21
foF({4q7b^
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); so)[59M7
N~d ?WD\^
>:S?Mnv6
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 \y)rt )
'4Ixqb+
X!Mx5fg
^ft>@=K(|
二. 战前分析 Ins`l
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。 KL:j?.0
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. 5_6'Eo?
3yY}04[9<
goRL1L,5
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); pV
+|o.<C
/* --------------------------------------------- */ |`f$tj
vector < int *> vp( 10 ); `d
+Da=L
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ?m=N]!n
/* --------------------------------------------- */ .hP D$o
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); |zNX=mAV
/* --------------------------------------------- */ /W30~y
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Xy&A~F
/* --------------------------------------------- */ zh`<WN&H
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); }DEg-j,F
/* --------------------------------------------- */ %@ODs6 R0
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); y$F'(b|)
!/*\}\'4
3!Ij;$
-M~:lK]n
看了之后,我们可以思考一些问题: .fFCC`&T
1._1, _2是什么? kr5">"7
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。 S8w _ii3zd
2._1 = 1是在做什么? +I:Unp
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。 x{8xW0
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。 R'`qKc
qIE9$7*X
+z\^t_"f
三. 动工 Nk
8 B_{
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: /?'FE 7Y
n;Q7X>-f8`
4*#18<u5
IH&|Tcf\
template < typename T > L>&t|T2
class assignment K.nHii
{ gNrjo=
T value; I-)+bV
G
public : f#"J]p
assignment( const T & v) : value(v) {} 9r<J"%*Q
template < typename T2 > JCzeXNY
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } SC!RbW@3
} ; Uh4%}-;
Jk11fn;\>
,vawzq[oSy
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 :$|HNeDO
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment KVaiugQ
|?xN\O^#}
zOIDU
]t,BMu=%
class holder cN6X#D
{ Hqx-~hQO
public : *?>T,gx}
template < typename T > v`x.)S1
assignment < T > operator = ( const T & t) const qLG&WB
{ A#<? 4&
return assignment < T > (t); IGQFtO/x
} 'n]w"]|
} ; >J?fl8
EwT"uL*V;
EU;9*W<
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: yu|8_<bq
LEf^cM=>
static holder _1; u@M,qo`
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 P=Jo+4O
'ya{9EdlT
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); xn(kKB.
而不用手动写一个函数对象。 (gU!=F?#m
MK~ 8}x 2K
pRpBhm;iJ
hH3RP{'=
四. 问题分析 s`8= 3]w
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。 !hy-L_wL]
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。 5PJhEB
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 3M7/?TMw{6
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 fOGFq1D
下面我们可以对这几个问题进行分析。 2- h{N
gPO}d
五. 问题1:一致性 Rsk4L0
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?| "m8^zg hL
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 p%Vt#?q
p)-^;=<B3
struct holder mdg8,n
{ ()?(I?II
// 1(R}tRR7 R
template < typename T > !i}w~U<
T & operator ()( const T & r) const _6hQ %hv8
{ G~[x
3L'
return (T & )r; 3(N$nsi
} 9;u@q%;!k
} ; RSRS wkC
#gN&lY:CFn
这样的话assignment也必须相应改动: /C:gKy4
yx[/|nZDC4
template < typename Left, typename Right > /Cr%{'Pzk
class assignment L`TLgH&?R
{ ? :%@vM
Left l; 3;9^
Right r; gz9j&W.
public : !9e=_mY
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ^[`%&uj!g
template < typename T2 > v ;{#Q&(
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } EME|k{W
} ; d7y[0<xM
Ll't>)
同时,holder的operator=也需要改动: +\]\[6
&r/Mi%
template < typename T > eo?bL$A[s
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const FD
#8mg
{ ^{`exCwMx
return assignment < holder, T > ( * this , t); Nai2W<,
} :3Ox~o
~ .g@hS8>
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ;$|nrwhy
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 V}CG:9;
ED gag
return l(rhs) = r; (?c"$|^J
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 K\r8g=U
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: !Ai@$tl[S
2%m BK
template < typename Tp > W{+2/P
class constant_t Yj49t_$b
{ rM%1GPVob
const Tp t; $6 f3F?y7
public : q|(HsLs
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Q)h(nbbVak
template < typename T > #;yZ
const Tp & operator ()( const T & r) const wi=v}R_
{ x 9fip-
return t; ZY+qA
}
b4kgFA
} ; XRi8Gpg
kDxFloK
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 _Fl9>C"u
下面就可以修改holder的operator=了 8lrpve
99QU3c<.
template < typename T > TvbE2Q;/UL
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const TC*g|d @b
{ VTE .^EK!
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); F JyT+
} } q8ASYNc
xb8!B
同时也要修改assignment的operator() "chDg(jMZ
{P_.~0pc*
template < typename T2 > )SGq[B6@I
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } xy;;zOh`
现在代码看起来就很一致了。 4kx
N<]
FZnw0tMq
六. 问题2:链式操作 j#ab_3xH
现在让我们来看看如何处理链式操作。 > ~O.@|
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%9#_?RW
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。 ?Ir:g=RP*
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。 k<?b(&`J
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct
P*j|.63
cvL;3jRo
template < typename T > J|7 3.&B
struct result_1 T>W,'H
{ S
f#
R0SA
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; X&H"51
} ; ?:0Jav
f!X[c?Xy"
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: $I?"lky
p!%pP}I
template < typename T > y6BAH
struct ref 9\(|
D#
{ 1'8YkhQ2a
typedef T & reference; Q"#J6@
} ; &rR2,3r=
template < typename T > @H8EWTZ
struct ref < T &> v3>UV8c'
{
]ZS
OM\}
typedef T & reference; Ow,b^|
} ; >H,*H;6
F!K>K z
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: e*1_ 8I#2
COlaD"Y
template < typename T > uB?ZcF}Tk
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const BMf@M
{ K*d Cc}:`
return l(t) = r(t); zm;C\s rF
} %;!.n{X
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。 Ax}JLPz5'
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ,/unhfs1q
k9F=8q
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 ]]yO1x$Kk
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 8q7b_Pq1U
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 e+K^Aq
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 &%Tj/ Qx
最后的布局是: hE-M$LmN@
Add w4Z'K&