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自己实现Lambda

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所在楼道
一. 什么是Lambda z~ C8JY:  
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ~_D.&-xUF  
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, k9;^|Cm k  
c;$ 4}U4  
h<Aq|*  
ai/|qYf  
  class filler K"0IWA  
  {  ;v:(  
public : H3D<"4Q>  
  void   operator ()( bool   & i) const   {i =   true ;} XnQR(r)pR2  
} ; Ku75YFO,5  
W#p7M[  
-[=eVS.2%  
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: Ur(R[*2bx  
r0XEB,}  
Db,"Gl  
-^xbd_'  
for_each(v.begin(), v.end(), _1 =   true ); @x}"aJgl  
@&ZQDi  
yWi-ic [n  
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 DW. w=L|5R  
T+<.KvO-  
-!j6&  
q<dG}aj  
二. 战前分析 *5%vU|9b  
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。 eThaH0  
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 $eYL|?P50h  
KC6Cg?y^  
1 ~zjsi  
for_each(v.begin(), v.end(), _1 =   1 ); lT|Gkm<G  
  /* --------------------------------------------- */ ITn%  
vector < int *> vp( 10 ); 1[!v{F%]  
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); t}YcB`q)  
/* --------------------------------------------- */ ?*fY$93O  
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 >   * _2); vk92j?  
/* --------------------------------------------- */ b6N[t _,  
int b =   * find_if(v.begin, v.end(), _1 >=   3   && _1 <   5 ); p{g4`o  
  /* --------------------------------------------- */ ;Bs~E  
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout <<   * _1 <<   ' \n ' ); C`[<6>&y  
/* --------------------------------------------- */ f+h\RE=BGt  
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) <<   * _1); ,CfslhO{j  
V*giF`gq  
Q/+`9z+c  
"b} mVrFh  
看了之后,我们可以思考一些问题: dHc\M|HCC  
1._1, _2是什么? !D#"+&&G8  
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 =,6H2ew  
2._1 = 1是在做什么? SVe]2ONd  
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 v>8C}d^  
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 :ky`)F`  
 `q?3ux  
+>Wo:kp3  
三. 动工 tbFAVGcAM  
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ZL( j5E  
o,6t: ?Z  
0k]ApW  
,;$OaJFT  
template < typename T > p F-Lz<V  
class assignment 1q6)R/P  
  { jn<?,UABD  
T value; uX_H;,n  
public : o(*\MT t?  
assignment( const T & v) : value(v) {} ~g{j)"1  
template < typename T2 > *~vB6V|1  
  T2 &   operator ()(T2 & rhs) const   { return rhs = value; } M3tl4%j  
} ; a:BW*Hy{\  
)1s5vNVa  
#e' >9T  
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 m$T5lKn}U?  
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment }"D;?$R!  
?I}RX~Tgg  
m2PUU/8B/  
uo#1^`P  
  class holder J(7#yg%5  
  { aAg Qv*  
public : m'rDoly"62  
template < typename T > p='j/=  
assignment < T >   operator = ( const T & t) const J @Hg7Faz  
  { |[SHpcq>  
  return assignment < T > (t); ? doI6N0T  
} 6"&cQ>$xh  
} ; d?zSwLsl  
g) Lf^  
_@DOH2 lXJ  
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: B=|R?t (*  
,aP6ct  
  static holder _1; Qg4D*r\|@  
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 y )QLR<wf  
L@N %S Sf  
for_each(v.begin(), v.end(), _1 =   1 ); D=e*rrL7a  
而不用手动写一个函数对象。 z`{sD]  
`3;EJDEdbi  
)UzJ2Pa<+_  
F%w! I 9  
四. 问题分析 ] ZV[}7I.  
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。 X +`Dg::  
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。 +_5*4>MC  
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 R(1:I@<?E  
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ~y<0Cc3Vs  
下面我们可以对这几个问题进行分析。 V*vQNPe y  
Y2`sL,'h  
五. 问题1:一致性 ?P kJG ,~  
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?| jPWONz(#  
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 $qNF /rF  
"Z.6@ c7  
struct holder .n8R%|C5  
  { _2fW/U54_  
  // cY?|RXNmZ  
  template < typename T > #(^<qr   
T &   operator ()( const T & r) const A8% e _XA  
  { #C9f?fnM  
  return (T & )r; f_~T  
} ;hT3N UCA  
} ; ,/f\  
C[7!pd  
这样的话assignment也必须相应改动: JwG(WLb:  
0D5Z#iW>1  
template < typename Left, typename Right > _Ewh:IM-  
class assignment %' DO FiU  
  { #V k?  
Left l; &^`Wtd~g  
Right r; %\JGDM*m  
public : ,r B(WKU  
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {}  /YJo"\7  
template < typename T2 > OyO<A3  
  T2 &   operator ()(T2 & rhs) const   { return l(rhs) = r; } /~,*DH$)  
} ; Ao K9=F}  
,DFN:uf=l  
同时,holder的operator=也需要改动: J!C \R5\  
@)pC3Vi^  
template < typename T > 9qap#A  
assignment < holder, T >   operator = ( const T & t) const >|3Y+X  
  { ?!RbS#QV}  
  return assignment < holder, T > ( * this , t); f^pBXz9&=  
} '\bokwsP  
mERkC,$  
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。 Cy-p1s  
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 )1At/mr  
a6 Vfd&  
return l(rhs) = r; 9PB%v.t5 y  
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。 9vRLM*9|  
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: t0 e6iof^o  
>Na.C(DZ  
template < typename Tp > &M|rRd~*  
class constant_t /stvNIEa  
  { mV}bQ^*?Z  
  const Tp t; xp|1yud  
public : ^Mq/Cf_T  
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} t|U5]$5  
template < typename T > u`v&URM  
  const Tp &   operator ()( const T & r) const By1T um+I1  
  { ilL%  
  return t; bF _]j/  
} ^Gk)aX  
} ; F_079~bJ  
=z. hJu  
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 0>Y3xNb  
下面就可以修改holder的operator=了 |k}<Zz1UM  
rWr'+v?  
template < typename T > g4+K"Q /M  
assignment < holder, constant_t < T >   >   operator = ( const T & t) const An_(L*Qz  
  { `:&RB4Z  
  return assignment < holder, constant_t < T >   > ( * this , constant_t < T > (t)); N8 2 6xvA  
} lf"w/pb'  
EjfQF C  
同时也要修改assignment的operator() "L.k m  
B EwaQvQ!  
template < typename T2 > 7;Ze>"W>  
T2 &   operator ()(T2 & rhs) const   { return l(rhs) = r(rhs); } DN%}OcpZ  
现在代码看起来就很一致了。 ZX/FIxpy  
HzM\<YD  
六. 问题2:链式操作 pCt2 -aam  
现在让我们来看看如何处理链式操作。 i ;B^I8  
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 5WI bnV@  
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 d>[i*u,]/  
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 b36{vcs~  
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 2)IM<rf'^  
`,4yGgD!4  
template < typename T > ;bwBd:Y  
struct result_1 nc1~5eo  
  { <VZ43I  
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 0[UI'2  
} ; g;Ugr8  
//NV_^$y  
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: k (AE%eA  
N[eL Qe]q  
template < typename T > k -G9'c~  
struct   ref /T6bc^nOW  
  { *Xnf}Ozx  
typedef T & reference; ?=lb@U  
} ; U-DQ?OtmC@  
template < typename T > +E. D:  
struct   ref < T &> bIm4s  
  { 4L>8RiiQE;  
typedef T & reference; e!J5h <:  
} ; >r`O@`^U  
2#NnA3l]x%  
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: (A=PDjP!  
#pZeGI|'J  
template < typename T > _1)n_P4  
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const A@o7  
  { .4]XR/I$  
  return l(t) = r(t); A$p&<#  
} z#G\D5yX[*  
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。 ~ AD>@;8fG  
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Y nnK]N;\x  
L{~ ]lUo  
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 z wUC L  
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Mq~E'g4#  
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 TeuZVy8a  
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 z?13~e[D  
最后的布局是: dWzf C@]  
                Add }t#|+T2f  
              /   \ !84Lvg0&  
            Divide   5 yl?LXc[)  
            /   \ Q=! lbW  
          _1     3 > 3x^jh  
似乎一切都解决了?不。 $cn8]*Z =  
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ^6# yL6E,~  
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 x .@O]}UH  
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: K 'I6iCrD  
DI)"F OM6  
template < typename Right > 64b AWHv  
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result >   operator = ( const 1PxRj  
Right & rt) const kKRu]0J~[  
  { . AA# G  
  return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); < e3] pM  
} L [PqEN\i  
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 )'jGf;du  
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 M#Z^8(  
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 a1_ N~4r`  
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 N5l`Rq^K  
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 ax5n}  
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? H,<CR9@(5d  
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: Zz (qc5o,F  
o~Hq&C"^}  
template < class Action > (]sm9PO  
class picker : public Action 27R4B O  
  { w*"Ii%iA<  
public : POm;lM$  
picker( const Action & act) : Action(act) {} -J!n7  
  // all the operator overloaded S7J.(; 82  
} ; D(Z#um8n  
y}FG5'5$13  
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 xN$V(ZX4  
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: fFVQu\  
hQ>$ "0K  
template < typename Right > B t3++ Mj  
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result >   >   operator = ( const Right & rt) const JK,^:tgm  
  { ~i?Jg/qcxN  
  return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ~tTa[_a!  
} |H=5Am  
n[y=DdiKGS  
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ?lqqu#;8  
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。 uFmpc7  
b i-Am/9  
template < typename T >   struct picker_maker k~;~i)Eg  
  { I;AS.y  
typedef picker < constant_t < T >   > result; D]d! lMK/  
} ; B^M L}$  
template < typename T >   struct picker_maker < picker < T >   > R4)l4rnO  
  { wqm{f~nj=  
typedef picker < T > result; vR#MUKfh  
} ; CBdr 1  
K~]Xx~F  
下面总的结构就有了: orWF>o=1  
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。 5Th\wTh04  
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。  o4 "HE*  
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 Y: C qQ  
至此链式操作完美实现。 o;9H~E  
dC4`xUv  
rx]Q,;"  
七. 问题3 cMtUb  
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。 QHXpX9  
_eQ-'")  
template < typename T1, typename T2 > 6t <[-  
???   operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const X,M!Tp  
  { ~ D/Lo$K"  
  return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); $0{ h Uex  
} CXu$0DQ(  
uFuH/(}K[  
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: mGwJ>'+d  
R/B/|x  
template < typename T1, typename T2 > }#g &l*P  
struct result_2 V/\`:  
  { l YdATM(h  
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 8% ; .H-  
} ; d hg($m  
B\|^$z2  
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? T z:,l$  
这个差事就留给了holder自己。 pi;fu  
    4ke.p<dG  
t ~]' {[F  
template < int Order > $Y$s*h_-/<  
class holder; nJgN2Z  
template <> !oRN,m[7)p  
class holder < 1 > Pr1OQbg]8  
  { cjLA7I.O  
public : M_?B*QZJI  
template < typename T > pxbuZ9w2Q  
  struct result_1 1_xkGc-z<  
  { #RdcSrw)W!  
  typedef T & result; <|3F('Q"  
} ; , P1m#  
template < typename T1, typename T2 > v!S(T];)  
  struct result_2 Q^Vch(`&P  
  { IAmMO[9H  
  typedef T1 & result; RT%{M1tkS  
} ; isnpSN"z  
template < typename T > C{-Dv-<A>  
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const h^."wv  
  { zEE:C|50  
  return (T & )r; 'L1yFv  
} djdSD  
template < typename T1, typename T2 > D+BflI~9mP  
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const j9%vw.3b  
  { H?=[9?1wI5  
  return (T1 & )r1; L]X Lv9J0  
} ][\ uH|  
} ; Nhjz~S<o  
E_z,%aD[  
template <> ! OVi\v 'm  
class holder < 2 > 8M['-  
  { hR>`I0|p&  
public : ]'#^ ~.  
template < typename T > 2C_I3S ~U  
  struct result_1 H!y-o'Z  
  { MqWM!v-M  
  typedef T & result; #Guwbg  
} ; obX2/   
template < typename T1, typename T2 > ZE/Aj/7Qy  
  struct result_2 Ox aS<vQ3  
  { wxG*mOw  
  typedef T2 & result; ~ayU\4B  
} ; U|+`Eth8(  
template < typename T > ccW{88II7w  
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const #\}xyPS  
  { dKPx3Y'  
  return (T & )r; :' !_PN  
} IxWX2yJ]  
template < typename T1, typename T2 > } f!wQx b  
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 7,{!a56zX  
  { 4 tt=u]:  
  return (T2 & )r2; 4 $)}d  
} 1 x0)mt3  
} ; ;UQ&yj%x  
' b,zE[Q  
T!pHT'J  
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 h5; +5B}D  
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: gi/W3q3c6  
首先 assignment::operator(int, int)被调用: 5)4?i p  
Je#3   
return l(i, j) = r(i, j); U<yKC8  
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) w 3L+7V,!  
$yZP"AsAR  
  return ( int & )i; 51>OwEf<R  
  return ( int & )j; @j r$4pM?  
最后执行i = j; 2$ \#BG  
可见,参数被正确的选择了。 (>om.FM  
Nu; 9  
Z3 na.>Z  
erV&N,cI  
aXD|XE%  
八. 中期总结 fqm6Pd{:(  
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: `7 J4h9K  
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 < $rXQ  
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 J\ ?  
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor LC/%AbM  
]@ms jz'  
 %B#8  
{<Vw55)#0Q  
h`:gMhn  
@%As>X<3t  
九. 简化 ,xC@@>f  
很明显,要支持一个操作符所要做的工作太多了,而且在每个functor中申明result_1至result_n,可见如果n发生变化,维护的开销极大。 =NL(L  
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 3{- 8n/4 k  
首先,我们注意到result_x的形式很统一。对于各种操作符,其返回值无非下列几种:  9\R+g5  
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 v$|cF'yyF=  
  +-*/&|^等 F)tcQO"G  
2. 返回引用。 5lm>~J!/^  
  =,各种复合赋值等 4p(\2?B%f  
3. 返回固定类型。 MJ@PAwv"  
  各种逻辑/比较操作符(返回bool) *2I@_b6&  
4. 原样返回。 /3 ;t &]  
  operator, SDW!9jm>R  
5. 返回解引用的类型。 @(e/Y/  
  operator*(单目) TP)}1 @  
6. 返回地址。 safI`b w1  
  operator&(单目) yKOC1( ~  
7. 下表访问返回类型。 j1$s^-9  
  operator[] 2o`L^^  
8. 如果左操作数是一个stream,返回引用,否则返回值 v1s0kdR,>  
  operator<<和operator>> &o)eRcwH`  
WS ^%< h#  
OK,这样我们将返回值类型总结为以上8种,就可以将各种result_x从functor中剥离出来了。 ohB@ijC!  
例如针对第一条,我们实现一个policy类: ncij)7c)u  
p w`YMk  
template < typename Left > R-Z)0S'ZR  
struct value_return >VvA&p71b  
  { ,fD#)_\g2  
template < typename T > <#:ey^q<  
  struct result_1 IaR D"oCH  
  { nTPq|=C  
  typedef typename const_value < typename Left::template result_1 < T > ::result_type > ::value_type result_type; ywbdV-t/  
} ; 5+iXOs<   
UJQGwTA W  
template < typename T1, typename T2 > vHx[:vuq:  
  struct result_2 A]s|"Pav,  
  { ^9?IS<N0]  
  typedef typename const_value < typename Left::template result_2 < T1, T2 > ::result_type > ::value_type result_type; p#AQXIF0  
} ; kR;Hb3hb  
} ; I(:d8SF  
um1xSf1Xv  
A#Jx6T`a  
其中const_value是一个将一个类型转为其非引用形式的trait #?RT$L>n  
i~EFRI@  
下面我们来剥离functor中的operator() _B^Q;54c  
首先operator里面的代码全是下面的形式: r1 [Jo|4vo  
kTs.ps8ei  
return l(t) op r(t) %8g1h)F"S  
return l(t1, t2) op r(t1, t2) r/mKuGa]  
return op l(t) 'C<4{agS  
return op l(t1, t2) CR'1,  
return l(t) op j q1 |`:  
return l(t1, t2) op >Y"Ru#Ju9  
return l(t)[r(t)] Dt*/tVF  
return l(t1, t2)[r(t1, t2)] 3etW4  
GC^>oF  
很自然的,我们会想到用函数替代这种操作符行为以获得更加一致的形式: o0F&,|'  
单目: return f(l(t), r(t)); di]TS9&9  
return f(l(t1, t2), r(t1, t2)); 5X,|Pn  
双目: return f(l(t)); rE$=~s  
return f(l(t1, t2)); ~k'SP(6#C  
下面就是f的实现,以operator/为例 # Q61c  
Bh<6J&<n  
struct meta_divide z[0B"f  
  { OS$^>1f"  
template < typename T1, typename T2 > phqmr5s^H  
  static ret execute( const T1 & t1, const T2 & t2) QlK]2r9  
  { ~-o[v-\  
  return t1 / t2; 78/,rp#'_  
} 0}I aWd^4  
} ; O p,_d^  
xh9Os <  
这个工作可以让宏来做: |'N)HH>;  
bGe@yXId5  
#define DECLARE_META_BIN_FUNC(op, desc, ret) struct meta_##desc{\ .V`N^ H:l  
template < typename T1, typename T2 > \ :[.**,0R  
  static ret execute( const T1 & t1, const T2 & t2)   { return ((T1 & )t1) op ((T2 & )t2);} }; {#4F}@Q  
以后可以直接用 fy|$A@f  
DECLARE_META_BIN_FUNC(/, divide, T1) vKmV<*K  
来申明meta_divide。同样还可以申明宏DECLARE_META_UNY_PRE_FUNC和DECLARE_META_UNY_POST_FUNC来产生单目前缀和后缀操作符的函数 ^K'@W  
(ps.我本坚持该lambda实现不使用宏的,但是在这种小剂量的又很一致的代码面前,使用宏实在是很诱人。。。) yw+LT,AQ.  
T43Jgk,  
%{;1i  
下面就是要把operator()和result_x拼凑起来,形成一个我们要的functor,下面是一个单目的functor的实现体 g! DJ W  
YzVhNJWpw  
template < typename Left, typename Right, typename Rettype, typename FuncType > ![j?/376  
class unary_op : public Rettype IcP\#zhEv  
  { ^n&_JQIXb  
    Left l; B'8/`0^n5  
public : 5l4YYwd>v  
    unary_op( const Left & l) : l(l) {} jPa"|9A  
V3<H8pL  
template < typename T > CWw#0  
    typename Rettype::template result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const b ]u01T-  
      { + Un(VTD  
      return FuncType::execute(l(t)); QSSA)  
    } T?HW=v_a  
}YCpd)@  
    template < typename T1, typename T2 > 0<#>LWaM_  
    typename Rettype::template result_2 < T1, T2 > ::result_type operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const T1=T  
      { Tqj:C8K{  
      return FuncType::execute(l(t1, t2)); D,P{ ,/  
    } JK'FJ}Z4  
} ; l~Rd\.O  
yr/G1?k%ML  
S^T ><C  
同样还可以申明一个binary_op ]-"G:r  
f O,5 u;  
template < typename Left, typename Right, typename Rettype, typename FuncType > hU6oWm  
class binary_op : public Rettype iR]K!j2  
  { dpSNh1  
    Left l; =bJ7!&  
Right r; zy(NJ  
public : Wmc@: (n  
    binary_op( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} p(Ux]_s%  
\45F;f_r6  
template < typename T > ???`BF[|  
    typename Rettype::template result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const zv0bE?W9   
      { 1s/548wu  
      return FuncType::execute(l(t), r(t)); 6W[~@~D=  
    } g0ks[ }f-  
wl7 (|\-  
    template < typename T1, typename T2 > ApNS0  
    typename Rettype::template result_2 < T1, T2 > ::result_type operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 3t9Weo)  
      { <\EJ:  
      return FuncType::execute(l(t1, t2), r(t1, t2)); ! G3Gr  
    } AW8*bq1  
} ; B;e (5y-  
03H0(ku=  
y4)iL?!J~  
很完美不是么,unary_op/binary_op继承了Rettype, 也就拥有了该类所定一个全部result_x, 同时使用FuncType来执行运算符操作,很漂亮 M>[e1y>7  
比如要支持操作符operator+,则需要写一行 z"P/Geb:O  
DECLARE_META_BIN_FUNC(+, add, T1) `3yK<-  
那么binary_op<Left, Right, value_return, meta_add>就自然是operator+(双目)的functor,不需要自己手动实现。 Z@,[a  
停!不要陶醉在这美妙的幻觉中! d$hBgJe>N  
如果把这段代码拿到VC7或VC8下编译,你会得到很有趣的结果。。。 Q|xa:`3?  
好了,这不是我们的错,但是确实我们应该解决它。 TyhO+;  
这实际上是vc的bug,解决方法是不要去使用typename Rettype::template result_2<T1, T2>::result_type这样的形式。(感谢vbvan) GRh430V [  
下面是修改过的unary_op |p.|zH  
JIPBJ  
template < typename Left, typename OpClass, typename RetType > qWM+!f  
class unary_op S#:l17e3  
  { ?W2u0N  
Left l; +}R#mco5K  
  -nXlW  
public : }Xvm( ;  
%+^Qs\j  
unary_op( const Left & l) : l(l) {} `vZX"+BAh  
Y'C1L4d  
template < typename T > =M=v; ,I-  
  struct result_1 8W Etm}  
  { -}_1f[b  
  typedef typename RetType::template result_1 < T > ::result_type result_type; YS:p(jtd  
} ; =;Dj[<mJ45  
ly:2XvV3~  
template < typename T1, typename T2 > T~L&c  
  struct result_2 e|N~tUVrrN  
  { >L ')0<!&  
  typedef typename RetType::template result_2 < T1, T2 > ::result_type result_type; +pRNrg?k  
} ; A `{hKS  
}OY/0p-Z  
template < typename T1, typename T2 > X ,{ 3_  
typename result_2 < T1, T2 > ::result_type operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const +z 4E:v  
  { &`oybm-p(  
  return OpClass::execute(lt(t1, t2)); TV=K3F5)M  
} McpQ7\*h  
ocu,qL)W  
template < typename T > m?kyAW'|  
typename result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const Dxy^r*B  
  { kH8/8  
  return OpClass::execute(lt(t)); MU%7'J :_  
} v7 n@CWnN  
@VPmr}p:{  
} ; u*/+cT  
uP+VS>b  
+Qf}&D_  
该方法避免直接使用RetType的result_x,而自己申明一个对应的result_x做一次中转,虽然其实毫无意义,却恰好避开了vc的bug H@1}_d  
好啦,现在才真正完美了。 |nE4tN#J<  
现在在picker里面就可以这么添加了: /3&MUB*z&y  
0` .5gxm  
template < typename Right > L 0oVXmlr  
picker < binary_op < Action, typename picker_maker < Right > ::result_type, ref_return < Action > , meta_add_assign >   >   operator += ( const Right & rt) const |Ve,Y  
  { VD< z]@  
  return binary_op < Action, typename picker_maker < Right > ::result_type, ref_return < Action > , meta_add_assign > ( * this , rt); 2vWn(6`  
} Q8MIpa!:  
有点长不是么?不过实际代码量减少了很多,而且此后如果支持的参数上限发生变化,我们就只需要修改binary_op和unary_op就行了。 7Ja*T@ !h  
A,BYi$  
z0OxJe  
c_8<N7 C  
A; wT`c  
十. bind UWidT+'Sa  
既然都做到这份上了,我们顺便把bind也做了吧,其实事情已经变得很简单了。 J ZkQ/vp(  
先来分析一下一段例子 Pt f(p`  
a>x6n3{  
 /y wP 0  
int foo( int x, int y) { return x - y;} e[16 7uU  
bind(foo, _1, constant( 2 )( 1 )   // return -1 vd)zvI  
bind(foo, _2, _1)( 3 , 6 )   // return foo(6, 3) == 3 Q;J( 5;  
可见bind是一系列重载函数,返回某种functor,该functor的执行就是执行传进bind的函数指针并正确的确定参数。 ?xrOhA9  
我们来写个简单的。 7B)1U_L0H  
首先要知道一个函数的返回类型,我们使用一个trait来实现: 5VJe6i9;  
对于函数对象类的版本: }opw_h+/F  
Ulx]4;uzf  
template < typename Func > fbU3-L?  
struct functor_trait lLDZ#'&An  
  { [}]yJ+)  
typedef typename Func::result_type result_type; rlD!%gG2x  
} ; *= ?|n   
对于无参数函数的版本: 15hqoo9!  
Fj(GyPFG  
template < typename Ret > /0 4US5En  
struct functor_trait < Ret ( * )() > P:t .Nr"  
  { #-@u Lc  
typedef Ret result_type; .p,VZ9  
} ; 6y~F'/ww  
对于单参数函数的版本: Rq%Kw > {&  
Q2D!Agq=D  
template < typename Ret, typename V1 > xhOoZ-  
struct functor_trait < Ret ( * )(V1) > tM^4K r~o,  
  { 5|nc^ 12  
typedef Ret result_type; <l $ d>,  
} ; X.#)CB0c1Q  
对于双参数函数的版本: P6R_W  
#,u|*O:  
template < typename Ret, typename V1, typename V2 > z V\+za,  
struct functor_trait < Ret ( * )(V1, V2) > t2s/zxt  
  { 10i$b<O  
typedef Ret result_type; msM1K1er  
} ; 7oW Mjw\  
等等。。。 Hddc-7s  
然后我们就可以仿照value_return写一个policy kQ}n~Hn  
94?WL  
template < typename Func > UhpJGO  
struct func_return s0^(yEcq  
  { ,_fz)@)  
template < typename T > 4a "Fu<q  
  struct result_1 u }gavG l  
  { P=5+I+  
  typedef typename functor_trait < Func > ::result_type result_type; ANy*'/f  
} ; GD{L$#i!  
c&!mKMrk  
template < typename T1, typename T2 > acR|X@ \3  
  struct result_2 Cq"KKuf  
  { hU8Y&R)=9  
  typedef typename functor_trait < Func > ::result_type result_type; `X}:(O^GO  
} ; 0n}13u=}  
} ; M[gL7-%w\  
yGf7k>K'  
dy&UF,l6  
最后一个单参数binder就很容易写出来了 7l=;I%  
[/UchU]DT  
template < typename Func, typename aPicker > *q*3SP/  
class binder_1 $Sgf jm  
  { +t+<?M B  
Func fn; :q]9F4im  
aPicker pk; /,I cs  
public : lGl'A}]#$  
UtQey ;w  
template < typename T > 9)ALJd,M  
  struct result_1 >H!Mx_fDL  
  { _XV%}Xb'  
  typedef typename func_return < Func > ::template result_1 < T > ::result_type result_type; :x)H!z P  
} ; xi=ApwNj  
pn gto  
template < typename T1, typename T2 > iqQT ^  
  struct result_2 8w&-O~M  
  { UJ)pae  
  typedef typename func_return < Func > ::template result_2 < T1, T2 > ::result_type result_type; 2gPqB*H  
} ; DH-M|~.sf^  
IW 3k{z  
binder_1(Func fn, const aPicker & pk) : fn(fn), pk(pk) {} QEhn  
VThr]$2Y  
template < typename T > hm`=wceK  
typename result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const :"\,iH  
  { \^c4v\s<o#  
  return fn(pk(t)); wZiUzS ;v  
} :$MOdLr  
template < typename T1, typename T2 > I6W`yh`I)  
typename result_2 < T1, T2 > ::result_type operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const zTF{ g+  
  { O?JJE8~']  
  return fn(pk(t1, t2)); NXU:b"G S  
} V&M*,#(?  
} ; 3'0Pl8  
=?<WCR C*  
3@> F-N  
一目了然不是么? `6D?te  
最后实现bind dAh.I3  
cz>,sz~i  
5ilGWkb`'X  
template < typename Func, typename aPicker > N+|NI?R?}  
picker < binder_1 < Func, aPicker >   > bind( const Func fn, const aPicker & pk) GM%+yS}(P  
  { }02`ve*   
  return binder_1 < Func, aPicker > (fn, pk); jwDlz.sW!  
} = xO03|T;6  
C82_ )@96  
2个以上参数的bind可以同理实现。 `@~e<s`j  
另外还可以照样实现一系列binder来绑定类成员函数/变量,手法雷同,就不详细介绍了。  Y'iX   
Ts5)r(  
十一. phoenix \G" S7  
Boost.phoenix可能知道的人不多,让我们来看一段代码吧: M&Ka ^h;N  
LVj 1NP  
for_each(v.begin(), v.end(), 2$JGhgDI  
( 4Gc M  
do_ #z*,CU#S9d  
[ H_DCdUgC'  
  cout << _1 <<   " , " K p3}A$uV  
] tIsWPt]Y  
.while_( -- _1), OXEk{#Uf[3  
cout << var( " \n " ) Z2% HQL2  
) L"bOc'GfQ  
); =)[m[@,c  
=q4}(  
是不是华丽的让人撞墙?其实这个比想象的好实现的多。还是照惯例分析一下吧: rFRcK>X\L  
首先do_很明显是个对象,该对象重载了operator[],接受一个functor作为参数,并返回另一个对象,该对象有一个成员函数while_,同样接受一个functor作为参数,并返回一个functor, 最后2个functor用operator, 生成一个新的functor I"07x'Ahq3  
operator,的实现这里略过了,请参照前面的描述。 ^\\3bW9}H  
那么我们就照着这个思路来实现吧: (#Y~z',I  
Da=EAG-{7  
Mt[yY|Ec|  
template < typename Cond, typename Actor > XE}gl&\  
class do_while kRp]2^}\s\  
  { 22`^Rsb,6L  
Cond cd; x84!/n^z  
Actor act; -aoYoJ '  
public : 4T@:_G2b  
template < typename T > _gvFs %J  
  struct result_1 :t}\%%EbmE  
  { {VgE0 7r  
  typedef int result_type; IC`3%^  
} ; ')X (P>  
DXFu9RE\{  
do_while( const Cond & cd, const Actor & act) : cd(cd), act(act) {} 51#*8u+L  
$ V^gFes  
template < typename T > p@m0 Oi,=  
typename result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const z:Ml;y  
  { qpjY &3SI  
  do _5oTNL2  
    { p=8Qv  
  act(t); *;7y5ZJ  
  } 'solCAy  
  while (cd(t)); Q#bW"},^k  
  return   0 ; 9mF '   
} ~6[?=mOi'  
} ; p@ <Q?  
&OMlW _FHR  
V>@[\N[  
这就是最终的functor,我略去了result_2和2个参数的operator(). U&!TA(Yr  
代码很清晰,但是还是让我来解释一下为什么要用int作为返回类型。 7+O)AU{  
其实对于do-while语义,返回类型是无意义的,然而将其定义为void会影响在某些情况下return的简洁性,因为return一个void是不合法的。 )`u17 {  
因此我们将其定为int,并返回0,这样减少了其它地方编码的复杂度。 KII{GDR]  
下面就是产生这个functor的类: a:kAo0@":j  
D31X {dJ  
VF%QM;I[Rc  
template < typename Actor > !ifU}qFzK  
class do_while_actor |LHJRP-Z  
  { :ym?]EL4o  
Actor act; SeX]|?D  
public : !FEc:qH  
do_while_actor( const Actor & act) : act(act) {} wq)*bIv  
W^(zP/  
template < typename Cond > b IDUa  
picker < do_while < Cond, Actor >   > while_( const Cond & cd) const ; 7- B.<$uC  
} ; o3J#hQrl  
H;Wrcf2  
O[@!1SKT0  
简单吧,注意到这个while_函数,它自动的生成了一个do_while对象。 xQoZ[  
最后,是那个do_ u?osX;'w  
L\:|95Yq  
VUb>{&F[  
class do_while_invoker q6zVu(  
  { 7CIN!vrC|1  
public : 5{ c;I<0  
template < typename Actor > %xt9k9=vZ  
do_while_actor < Actor >   operator [](Actor act) const "TZq")-  
  { (lk9](;L  
  return do_while_actor < Actor > (act); TCr4-"`r-{  
} ^Hd[+vAvR  
} do_; y Zaf q"o  
&Mh.PzO=b  
好啦,现在明白do_[xxx].while_(xxx)是怎么工作的吧? L^J4wYFTO  
同样的,我们还可以做if_, while_, for_, switch_等。 ]e>qvSuYh  
最后来说说怎么处理break和continue 6g(;2gY  
显然break的语义超出了我们的能力范围,然而却是有一个东西很适合模拟其行为,那就是异常。 bLqy7S9x  
具体实现手法这里就不罗嗦了。
[ 此贴被ヾ1.嗰rёn在2006-06-11 23:23重新编辑 ]
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