一. 什么是Lambda [^rMM1^,OB
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 j>D[iHrH
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, ()Cw;N{E
<G+IbUG:
K<#Q;(SF U
~Vh< mt
class filler 8v|?g8e3
{ 2m! T.$
public : Tj[=E
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} xfAnZBsVo
} ; |3ob1/)p0
*3A`7usU
BH@b]bEJ
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: Hu4\4x$?
M.*3qWM
5!tiu4LU
at(oepq
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ;s$bVGHr
9/LnO'&-
-FxE!K
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 JZc"4qf@OT
d z-
RxeyMNd
-c_}^j
二. 战前分析 xzI?'?duC
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。 klUW_d-
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 XkGS3EY
ZSs)AB_Pe/
/8$*{ay
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ?WD JWp%
/* --------------------------------------------- */ =r?#,'a
vector < int *> vp( 10 ); W.|r=
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); D(z}c,
/* --------------------------------------------- */ zJxO\
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); &@&0n)VTd
/* --------------------------------------------- */ T^b62j'b5_
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); PF6w'T 5
/* --------------------------------------------- */ 7BNu.5*y
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); MPS{MGVjbJ
/* --------------------------------------------- */ 3$~6+i
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); C VyYV &U,
C;DR@'+q
s]lIDp}
3M@!?=|U
看了之后,我们可以思考一些问题: AbXaxt/[g?
1._1, _2是什么? Hea76P5$P+
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。 ug?])nO.C
2._1 = 1是在做什么? z[E gMS!
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。 . #7B10
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。 Y<h [5
[UW%(N
AJ%x"
三. 动工 E <O:
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: S|_} 0
]CL9N
76'vsg
jO5R0^w
template < typename T > )^D:VY92
class assignment 2{`[<w
{ KeIk9T13O
T value; cW|M4`
public : cD!yd^QE
assignment( const T & v) : value(v) {} [0lu&ak[&
template < typename T2 > @/DHfs 4O
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Q+r8qnL'
} ; p3f>;|uh_
d^.@~
kN'.e*
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 2)W~7GED
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment *!W<yNrR
Gs0x;91
'IykIf
q|EE
em
class holder '9w.~@7
{ ophQdJM
public : gPA),
NrN
template < typename T > rNl`w.
assignment < T > operator = ( const T & t) const 83|7#L
{ P p]Ygt'u
return assignment < T > (t); @ff83Bg
} vT&xM
} ; c!2j+ORz
L'KgB=5K&i
;OTd<
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: piy_9nk
;FI"N@z
static holder _1; kCuIEv@
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 LY? `+/
H:x{qS4Si
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); xGU~FU
而不用手动写一个函数对象。 iuxS=3lT"K
r^jiK\*
A=+
|&+? t
ryKc7<
四. 问题分析 J8>8@m6
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。 :RqTbE4B
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。 %^){)#6w
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Js'#=
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 g6wL\g{29
下面我们可以对这几个问题进行分析。 4|EV`t}EV
e; #"t
五. 问题1:一致性 )q>mt/,
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?| =Ll:Ba Q
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ]a
,H!0i
VuiK5?m
struct holder `62iW3y
{ ~|>q)4is6a
// !-OPzfHrI
template < typename T > 'Drz6K_KrP
T & operator ()( const T & r) const kM>Bk\
{ {)c2#h
return (T & )r; 42If/N?
} c[n4{q1
} ; [*jvvkAp
%`F&,!d
这样的话assignment也必须相应改动: N-~Uu6zr
3<L>BakD
template < typename Left, typename Right > Mjr19_.S
class assignment *$4 EXwt'
{ GCEcg&s=\S
Left l; :K#z~#n
Right r; C'a%piX
public : p3N/"t&>
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} (oKrIm
template < typename T2 > ;@&mR<5j
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } TS~>9h\;
} ; xKZLXQ'e-
gFx2\QV
同时,holder的operator=也需要改动: ;YYo^9Lh}
)uJu.foE
template < typename T > O`pqS\H
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ,$xV&w8f\"
{ x_yQoae
return assignment < holder, T > ( * this , t); %( tu<
} 2L!wbeTb;
SMMsXH
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。 UUuB Rtau
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 w}`TJijl
aJmSagr69C
return l(rhs) = r; >;9+4C<z0
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。 YVpsf8R
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: !qF U
]3%(
'8/
template < typename Tp > `wzb}"gLsM
class constant_t x'c%w:
{ Y<"BhE
const Tp t; ;B,6v P#
public : n*Q~<`T
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Q=+*OQV29
template < typename T > l[G&=/R@H
const Tp & operator ()( const T & r) const h:J0d~u
{ hyPVt6Gkj
return t; *T+Bjj;w
} ^Qx
qv
} ; ."u-5r<O
{4%B^+}T
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 LMF@-j%
下面就可以修改holder的operator=了 )rqb<O
bu
j}pEI
template < typename T > 9MI~yIt`L
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 4=T.rVS[
{ ^>3q@,C]c
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); sFvu@Wm'7W
} I&jiH)
@`,~d{ziF
同时也要修改assignment的operator() -{^I T`
S>!
YBzm&X
template < typename T2 > KTQy pv
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } &Ti:IC%M
现在代码看起来就很一致了。 G(n
e8L8
fH#*r|~
六. 问题2:链式操作
49gm=XPm
现在让我们来看看如何处理链式操作。 3.c0PRZ
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。 Bc^%1
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。 wd
4]Z0;
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。 &N`s@Ka
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct a___SYl
'K
mn>$K"_k
template < typename T > ~g6`Cp`
struct result_1 !b=jD;<
{ ~o+:M0)}
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; jgz}
} ; Zs$Qo->F
x+=Ko
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: \E!a=cL!
#jc+2F,+{
template < typename T > s5
P~feg
struct ref .:`+4n
{ 7;wx,7CUq
typedef T & reference; !ULU#2'1
} ; eLvbPE_
template < typename T > )37 .H^7
struct ref < T &> ['*{f(AI
{ I"4Lma
typedef T & reference; f4h|Nn%;
} ; 2NNAsr}L
hJ>Kfm
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: /CE]7m,7~K
rmzM}T\20
template < typename T > qId-v =L
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const -Tzp;o
{ m,u5S=3A{!
return l(t) = r(t); S m%\,/3
} +p:?blG
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。 (D?%(f
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 4F-r }Fj3
MKnG:)T<?l
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 O]XdPH20
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: n'
XvPV|
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 D^[}:O{
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 C0eqCu)Q
最后的布局是: YV6@SXy
Add
sp/l-a
/ \
^"U-\cx
Divide 5 qG=>eRR
/ \ /^F_~.u{
_1 3 #)qn$&.H
似乎一切都解决了?不。 *b$8O
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 (Ov{gj^
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 )t$<FP
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: /YyimG7
_D{V(c<WD
template < typename Right > XMR$I&;G8
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const w;=fi}<G|e
Right & rt) const A<1:vV
{ FE0}V}\=h
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); e]1&f.K
} h6yXW!8
下面对该代码的一些细节方面作一些解释
`.Oj^H6
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 :75$e%'A
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。 gH0'
Ok'
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。 DaA9fJ7a
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。 d~G, *
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? c"pI+Q
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: z vM=k-Ec
]YO &_#
template < class Action > <~%e{F:[#
class picker : public Action pd3=^Zi
{ ?$ft3p}
public : \1[=t+/
picker( const Action & act) : Action(act) {} i42M.M6D $
// all the operator overloaded U#u=9%'
} ; 3? R56$-+
z]^u@]@NC
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。 <wIz8V
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: xg|\\i
Y<x;-8)*
template < typename Right > s>RtCw3,
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ^:Mal[IR
{ JQo"<<[
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); bv NXA*0
} ?4[IIX-
k\ 2.\Lwb
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > n^a&@?(+
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。 ;fdROI
6>fQe8Y
template < typename T > struct picker_maker IbC8DDTD
{ d*Wg>8|
typedef picker < constant_t < T > > result; EAdr}io
} ;
@hb K
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > DX*eN"z[
{ rz@FUU:&
typedef picker < T > result; $jc&Tk#
} ; Dc2U+U(J
_$Wj1h
下面总的结构就有了: (i 3=XfZ!C
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。 fcim4dfP
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。 >dr34=(
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ;Nd,K
C0k
至此链式操作完美实现。 r?:zKj8/u
nn1T5;
bm</qF'T6
七. 问题3 VV$$t;R/
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。 nx2iEXsa
vFz#A/1
template < typename T1, typename T2 > @`IMR$'
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const G1X${x7
{ !"G|y4O
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); VbwB<nQl
} &&Uc%vIN
,>AA2@6zMT
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: GY%2EM(
9On0om>
template < typename T1, typename T2 > _#SCjFz
struct result_2 M<%g )jn_
{ [?=Vqd
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; RRasX;zK
} ; mPmg6Qj(W
$GMva}@G`
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? ;RElG>#$
这个差事就留给了holder自己。 Wv4x^nJ
]ZbZ]
f3p)Q<H>`(
template < int Order > mBQp#-1\
class holder; "u H VX|`
template <> .$rt>u,8<
class holder < 1 > \i2S'AblYq
{ =!~6RwwwY
public : odm!}stus
template < typename T > c9
&LKJ6
struct result_1 b:c$EPK
{ d:_3V rRZ
typedef T & result;
)~Pj3
} ; ]y**ZFA
template < typename T1, typename T2 > kwM1f=!-
struct result_2 ;7HL/-
{ C<T)'^7z
typedef T1 & result; w.:fl4V
} ; kf Xg\6uKc
template < typename T > QMI6l'"s
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const $Y\-X<gRH
{ Y\e8oIYu7
return (T & )r; Q!T+Jc9N
} G<MX94?
template < typename T1, typename T2 > v5/2-<6x
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const z0v|%&IK