一. 什么是Lambda h<*l=`#
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 z9$x9u
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, q[]!V0Ek10
$JTy`g0>x
n@BE*I<"
+1p>:cih
class filler 2
G_*Pqc
{ }H{{ @RU
public : 1vu4}%nD
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} h*hV
} ; yXNE2K
pFSVSSQRV|
<Ebkb3_
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: hQBeM7$F_
0$,Ag;"^?
I
TJ>[c]x
`sN3iD!@R
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); n?pCMS|
mW 5L;>
G=3/PYp
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 H/Goaf%
t1B0M4x9
6mEW*qp2F
`q e L$`
二. 战前分析 W.\HfJ74
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。 i#1T68y}
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 P58U8MEG
rK~362|mo
K 3&MR=#^
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); b6S86>
/* --------------------------------------------- */ %kJ:{J+w]
vector < int *> vp( 10 ); j&fr4t3
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); |1 is!leP
/* --------------------------------------------- */ -baGr;,Cu
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ,-c(D-&
/* --------------------------------------------- */ OP2!lEs
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); SBjtg@:G0n
/* --------------------------------------------- */ HtEjM|zj
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 8Mg4y1)RU
/* --------------------------------------------- */ /Fh"Gl^
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); qPE(Lt1
VR_+/,~
Q|gun}
D5T\X-+]O
看了之后,我们可以思考一些问题: ; Z61|@Y
1._1, _2是什么? ]-%ZN+
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。 ]rn!+z
2._1 = 1是在做什么? lIzJO$8cM
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 [p!C+|rro
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 gKb4n
Nt
^Sy\<
l$,l3
三. 动工 2t[c^J
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: g,y`[dr
Jkm\{;
2WE
I6y&6g
template < typename T > yc]ni.Hz
class assignment 0 nWV1)Q0=
{ rxa"ji!)
T value; v_c'npC
public : <mY`<(bc
assignment( const T & v) : value(v) {} {, APZ`q|
template < typename T2 > c#"\&~. P
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } N>ct`a)BD/
} ; w,3`Xq@
-#gb {vj
ZFW}Vnl
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 {K3\S
0L
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment dN |w;|M
//ZB B,[@
tx5_e[
308w0eP
class holder ?]9uHrdsN}
{ .[1A
public : Q=PaTh
template < typename T > 7U.g4x|<
assignment < T > operator = ( const T & t) const N%r}0
{ 7=QV ^G
return assignment < T > (t); D4'XBXmb
} f!LZT! y
} ; crgYr$@s?
[b#jw,7
0BaL!^>
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: j{U-=[$'
'R]Z9h
static holder _1; M5ZWcD.1
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 _hh|/4(
xo@N~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %m+MEh"b5
而不用手动写一个函数对象。 m\Tq0cT$
$d8A_CUU
n;Iey[7_E`
['s_qCA[
四. 问题分析 mH{cGu?
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。 lf|^^2'*2<
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。 uhc0,V;S
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 G=nFs)z
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 :!} zdeRJ
下面我们可以对这几个问题进行分析。 lC_zSmT
Cg{$$&_(Hj
五. 问题1:一致性 FJ U)AjS~
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?| ^w&TTo(
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 \o
% ES
t91CxZQ^s
struct holder 3&y
u
{ 3@"VS_;?
// iL,3g[g
template < typename T > rXm!3E6JL
T & operator ()( const T & r) const A\#?rK
{ <BU|?T6~
return (T & )r; 'h=
>ej*
} q!ZmF1sU
} ; ]#:xl}'LS
w
x,;
这样的话assignment也必须相应改动: 1|.
0]~0
r?X^*o9
template < typename Left, typename Right > w5*18L=O\
class assignment ,o}[q92@w
{ I^ >zr.zA
Left l; -+PPz?0
Right r; H~G=0_S
public : CqX%V":2
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} aZ0H)
template < typename T2 > \!^o<$s.G
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Aj`4uFhiL
} ; C|lMXp\*
unX^ MPpw
同时,holder的operator=也需要改动: }jk^M|Z"Oz
>{??/fBd-
template < typename T > >b$<lo
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const
;<][upn
{ dY|jV}%T
return assignment < holder, T > ( * this , t); hqds T
} _x'StD
<QkfvK]Q
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。 #-f^;=7
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 (gmB$pwS
i,<-+L$z
return l(rhs) = r; U)PumU+z$u
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。 0Gs]>B4r/
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: b
gDDys
3AL.UBj&}
template < typename Tp > $I/p 6
class constant_t ueg X
{ iB,*X[}EqG
const Tp t; U^YPL,m1
public : 8)tyn'~i
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} .cabw+&7
template < typename T > <5#e.w
const Tp & operator ()( const T & r) const :_H88/?RR
{ *&PgDAQ
return t; n^%u9H
} vJ'ho
} ; s6]f#s5o
~k%\ LZ3s
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 )~n}ieS
下面就可以修改holder的operator=了 ' FK"-)s
Wm,,OioK
template < typename T > fE:2MW!)*
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const [5 V
{ z7_./ksQ
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); jl@8pO$
} <>:kAT,sP
M@K[i*e
同时也要修改assignment的operator() 5a~1RL
I|5OCTu
template < typename T2 > onlyvH4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } /PCQv_Y&,/
现在代码看起来就很一致了。 yh)q96m-V=
o&O!Ur
六. 问题2:链式操作 `2oi~^.
现在让我们来看看如何处理链式操作。 @hvq,[
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。 w&gHmi
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。 hJ@nW5CI
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。 ^v'Lu!\f
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct {8MF!CG]
9e5UTJ
template < typename T > PA/6l"-`3
struct result_1 b1OB'P8
{ DNy)\+[
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; # 9t/j`{
} ; @e7+d@O<
nr^p H.
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: vKt_z@{{L
;4bu=<%
template < typename T > 8dH|s#.4um
struct ref N#:"X;
{ gc=e)j@
typedef T & reference; 6xe
|L
} ; ep!.kA=\
template < typename T > (`p(c;"*C!
struct ref < T &> /$=^0v+
{ uprQy<I@
typedef T & reference; Ame%:K!t
} ; `jHGNi
fjFy$NX&>
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: bsm,lx]bH^
qrkT7f
template < typename T > [ n2udV
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const +=_Pl7?
{ 7`}z7nk
return l(t) = r(t); P33E\O
} kYAvzuGRb
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。 nGVqVSxKT
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 9PAp*`J@kr
UPYM~c+}
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 bqO"k t
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Kf4z*5Veqr
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 !iw
'tHhR
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ^~ Sn{esA
最后的布局是: f+V':qz
Add "->:6Oe2
/ \ B(falmXJ
Divide 5 ||V:',#,W
/ \ -eMRxa>
_1 3 qAS^5|(b[
似乎一切都解决了?不。 Nt8(
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。 "x)DE,
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。 [XXN0+ /
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: W<Lrfo&=Y]
g$b*#
template < typename Right > .IXwa,
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const y#+o*(=fRE
Right & rt) const ? la_ +;m
{ f#5JAR
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 8=~>B@'
} ShpnFuH
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 lI 1lP 1
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 lNb\^b
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。
={^#E?
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 oK6lCGM5
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 tOw
0(-:iq
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? S2)S/ nf
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: _ LNPB$P
7;NV
1RV
template < class Action > 2#3R]zIO
class picker : public Action u*{ _WL[(
{ .a*$WGb
public : 1'
m
$_
picker( const Action & act) : Action(act) {} 9f\8oJQ
// all the operator overloaded ^v-'=1ub?
} ; 8:xo ~Vc
pC-OZ0
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 =f!M=D
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ]aNnY?qW5
<Z'hZ
template < typename Right > lG9ARRy(=
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const b U NYTF{
{ #=(op?]
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); _GqE'VX
} 1!3kAcBP
+`8)U 3u0
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > "N]o5d
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 wVDB?gy%#
: qRT9n$
template < typename T > struct picker_maker P~e$iBH'
{ dU6LB+A
typedef picker < constant_t < T > > result; I0K!Kcu5Iu
} ; pm\X*t}L
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > }eM<A$J
{ moR2iyO_
typedef picker < T > result; Ib!rf:
} ; RWFf-VA?
7-I>53@
下面总的结构就有了: VU9P\|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。 Cw $^w
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 \F~Cbj+'Nu
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 .5;LL,S-
至此链式操作完美实现。 Jr)`shJ"
Q/)ok$A&
m7vxzC*
七. 问题3 'hO;sL
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。 `aL|qyrq#
w9$8t9$|
template < typename T1, typename T2 > /T)n5X
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const acQNpT
{ ;
,jLtl
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ~qxXou,J
} Y&