一. 什么是Lambda 8Kk41 =
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 B<a` o&?
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, es=OWJt^
yO*
JO90TP
$
&
Y2xO
class filler fc[_~I'
{ tCar:p4$
public : :F@goiuC
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 18Ju]U
} ; 5}Xi`'g,
)}t't"
mZjpPlJ
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: ;-;lM6zP
{t!7r_hj
@2*Q*
Uqy/~n-v<
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 9\/oL{
.aVt d
[
?,8+1"|$A]
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 M]/DKo
%H2ios[UO
+%u3% }
e?*Teb?R
二. 战前分析 cUdS{K&K
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 _{gqi$Mi
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 H\\FAOj
^w2 HF
CjP<'0gT
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); D|Wlq~IpQ
/* --------------------------------------------- */ BenyA:W"
vector < int *> vp( 10 ); 5,g +OY=\
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ={V@Y-5T
/* --------------------------------------------- */ b78~{ht`
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ws^Ne30 R
/* --------------------------------------------- */ -B&(&R
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); %Ta"H3ZW
/* --------------------------------------------- */ wJCw6&D,/
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); w`V6vYd@
/* --------------------------------------------- */ Jww#zEK
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); v+W'0ymbnV
y$SUYG'v
FO:L+&hr?>
tp>YsQy]8
看了之后,我们可以思考一些问题: q CYu@Ho
1._1, _2是什么? k0K$OX*:e
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。 zyUS$g]&
2._1 = 1是在做什么? ]+W){W=ai
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 QuPz'Ut#
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ]a4+] vLK
b \ln XN
3?I!
三. 动工 \AKP ea=
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: !$oa6*<1
e5P9P%1w
hr 6j+p:
,aC}0t
template < typename T > orH6R8P]
class assignment J&,hC%]
{ XGH:'^o_
T value;
h-?yed*?
public : TnK<Wba
assignment( const T & v) : value(v) {} $["HC-n?.k
template < typename T2 > ~$5XiY8A
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } (EY@{'.&
} ; "g&f:[a/
YRX^fZ-b
PENB5+1OK
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ^Z?m)qxvB
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment <TtPwUX
Zja3HGL
rSJ!vQo
Cb
o&Xp%}TI
class holder ;Jg$C~3tf
{ uH%b rbrU
public : BoYY^ih
template < typename T > vu\W5M
assignment < T > operator = ( const T & t) const jc
Mn
{ 'WP~-}(
return assignment < T > (t); z}u`45W+
} A_wf_.l4h
} ; f^B8!EY#:
>,]a>V
-6kX?sNl)X
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: c-XO}\?
@i>)x*I#AI
static holder _1; jsE8=zZs
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 z@~H{glo
)2?]c
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); NeY*l
而不用手动写一个函数对象。 y,x 2f%x
=f!A o:Uc
%"Um8`]FVg
e&VC}%m
四. 问题分析 Z%3CmKdeF
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。 Rh^@1{yr
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。 <PDCM8
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 vkTu:3Qe
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 )y*&&q
下面我们可以对这几个问题进行分析。 m_/Ut
SED52$zA
五. 问题1:一致性 }? / Blr
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| by
@q g:
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 giNXXjl
q x)\{By
struct holder T"vf
{ -\f7qRW^U
// _dd! nU\A|
template < typename T > u>lt}0
T & operator ()( const T & r) const jSE)&K4nI
{ D}y W:Pi'
return (T & )r; _{k*JT2
} q1:dcxR[
} ; UV D D)
yk?bz
这样的话assignment也必须相应改动: /io06)-/n
GbQi3%
template < typename Left, typename Right > N E9,kWI
class assignment crb^TuN
{ u:p OP
Left l; 2(DhKHrF
Right r; PEvY3F}_rh
public : R*:$^v@4
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} "
7^nRJy
template < typename T2 > I+kAy;2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 7o+L
} ; G%bv<_R
8<Iq)A]'Z
同时,holder的operator=也需要改动: ASbIc"S6
*zPqXtw!j
template < typename T > (%L/|F_
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const L&kCI`Tb
{ $XQgat@&]
return assignment < holder, T > ( * this , t); @l j|
} ?.`
ga*
o^2MfFS
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 95'+8*YCY
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 9Q,>I6`l
0C :8X
return l(rhs) = r; -b^dK)wR~
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ~4~r
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ]F+|C
eB#I-eD
template < typename Tp > Uwkxc
class constant_t {FFdMdxy-
{ {BJ>x:2
const Tp t; >rQj1D)@
public : `r SOt*<
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} GrG'G(NQ
template < typename T > \|S%zX
const Tp & operator ()( const T & r) const 1+*sEIC "
{ Aeh#
return t; 4ekwmw(ox
} ."ZG0Zg
} ; Xsa8YP9
'EIe5Op
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 b_ TI_
下面就可以修改holder的operator=了 f\oW<2k]~
}
TUr96
template < typename T > &7\}Sqp
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const \Vx^u}3O
{ KE,.Evyu=
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); =i vlS
} ;j1
SSHZ
~NIhS!
同时也要修改assignment的operator() *>W<n1r@]
3;L$&X2
template < typename T2 > >niv>+!N
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } %/I:r7UR{
现在代码看起来就很一致了。 m
OUO)[6y
P+f}r^4}
六. 问题2:链式操作 Mbxl{M
>
现在让我们来看看如何处理链式操作。 FUL3@Gb$UV
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 H8w[{'Mei
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 H(;@7dh
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 h.K"v5I*
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 3r+c&^
{g nl6+j
template < typename T > C0f%~UMwd
struct result_1 8WV5'cX
{ Fb1<Ic#
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; }+m4(lpl
} ; b/[X8w'VP
?{ '_4n3O
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: nZi&`HjQ
j>8ubA
template < typename T > /#T {0GBXe
struct ref ,X3D<wl
{ ]CNPy$>*
typedef T & reference; -Wa<}Tz
} ; ~9o@1TO:v
template < typename T > &*/= `=:C8
struct ref < T &> S}rEQGGR{
{ g5+m]3#t
typedef T & reference; "Q+wO+}6
} ; dCM&Yf}K
qery|0W
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 1/mBp+D
HYO/]\al
template < typename T > 873 bg|^hs
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const yg8= G vO
{ 7Ku&Q<mi
return l(t) = r(t); Q^va+O
} c[2ikI,n[
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。 1d+Kn Jy
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ^`#7(S)a/
4r_*: $g
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 }ACg#;>/+
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 3}V (8
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 tt-ci,X+
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 DXD+,y\=
最后的布局是: :j~4mb?$
Add BYdGK@ouk
/ \ "uuM#@h
Divide 5 `vzMuL;
/ \ bx2<WdLyT
_1 3 g]h@U&`~u_
似乎一切都解决了?不。 ;\}dQsX
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。 vG6*[c8
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。 fk15O_#3
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: + R6X
';\norx;
template < typename Right > ?99r>01>
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 0J[B3JO@M
Right & rt) const FT>>XP8
{ eN5F@isy
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); P=}dR&gk'
} A#']e 8
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 19[o XyFI
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。 5h Sd,#:
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。 ;uc3_J]
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 5wqX h
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。 H(Wiy@cJn
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? )$1j"mV
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: }LS.bQKqi,
vv)O+xt
template < class Action > 5`&@3
m9/
class picker : public Action Q;l%@)m+~
{ '`gnJX
JO
public : ' xaPahx;
picker( const Action & act) : Action(act) {} IC"ktv bHz
// all the operator overloaded dm_Pz\*
} ; T1RY1hb|g>
~x4]p|)</
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 JgHYuLB
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: mHW%^R=
T
;84Sv
template < typename Right > nfZe"|d
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ^vV AuO
{ sqF.,A,
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Zw4%L?
} RWu<
dY#ym
"ivVIq2
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > N0$
uB"
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。 `'r~3kP*NT
uF3{FYM{I
template < typename T > struct picker_maker .#sX|c=W
{ ('uUf!h?\
typedef picker < constant_t < T > > result; 4/\Ynb.L
} ; :qR8 e J
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > *j <#5=l
{ YsiH=x
typedef picker < T > result; 3 %r*~#nz
} ; D8B\F5..c#
WSU/Z[\`H
下面总的结构就有了: d6m&nj
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。 )eSQce7H
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。 &{wRB l #
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 `z/p,. u
至此链式操作完美实现。 tNqSCjQ~_c
.bV^u
-y_q
七. 问题3 wUg=jnY
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。 Wy1.nn[
{pre|r\
template < typename T1, typename T2 > ox.kL
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const
BlT)hG(M>
{ ]<%NX
$9\
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 0&kmP '
} >#T?]5Z'MF
DtS7)/<T
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: 9 ,tk
Jfv'M<I
template < typename T1, typename T2 > <?;KF2A({
struct result_2 +>Y]1IlI
{ S5L0[SZ$!
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; UpQda`rb
} ; Y)GU{
Y@Ry
oJ
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? c&<Ei1
这个差事就留给了holder自己。 |hDN$By
X$%W&:
hv|-`}#0
template < int Order > ]haQ#e}WH
class holder; %l%2 hvGZ
template <> p]s)Xys
class holder < 1 > r4?|sAK
{ o=lZl_5/u;
public : NSzTl-eS
template < typename T > 0}:Wh&g
struct result_1 >B$ IrM7J
{ &I{5f-o*
typedef T & result; B1Z;
} ; Qo(<>d
template < typename T1, typename T2 > j(pe6
struct result_2 (II#9n)
{ -0k{O@l"
typedef T1 & result; &g8