一. 什么是Lambda $6J22m!S4n
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 !jU{ }RCR
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, -AD`(b7q
*y7Yf7
@M-Q|
"nfi:A1
class filler SFtcO
{ 517wduj
public : ~xc/Dsb$
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} .>[l@x"
} ; qN' 3{jiPL
,xrA2
$M0l
(htR
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: bx{njo1Mr
x0{B7/FN
j7a}<\
V4}jv7>A
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); yi~]}M
[_3&
NvTK7? v
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 'm|T"Ym~
RFFbS{U*
C@]D*k
8EdaqF
二. 战前分析 J1cz
D |(
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 -EFdP] XO
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 [N~-9
3dbaCusT$
qa@;S,lp
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); kb"Fw:0
/* --------------------------------------------- */ c/^:vTF
vector < int *> vp( 10 ); <P0 P*>M
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); g{sp<w0
/* --------------------------------------------- */ pp1Kor
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); I8T*_u^_
/* --------------------------------------------- */ _7';1 D
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); o$% KbfXO]
/* --------------------------------------------- */ *>zOWocxD
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); X@Zt4)2#
/* --------------------------------------------- */ 5Rw2/J
L
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); '~f*O0_
|T"j7
6(htpT%J
FYE(lEjxi
看了之后,我们可以思考一些问题: $6 Hf[(/ e
1._1, _2是什么? L>WxAeyu1K
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。 62.Cq!~
2._1 = 1是在做什么? a;U)#*(5|v
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。 Ez-AQ'
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。 *&]8rm{
y,1U]1TP
|Thm5,ao
三. 动工 ;O~FiA~`c
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 4L`,G:J,;
c w)J+Lyh
IUh9skW5
Gx4uf
template < typename T > d!Y%7LmSE@
class assignment edpR x"_
{ %G6x \[,
T value; ']c;$wP
public : 0;=]MEk?
assignment( const T & v) : value(v) {}
&,Loqr
template < typename T2 > ~p{YuW[e
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } +"WNG
} ; Q;=4']hYU
u6Ux nqNc
)w&|VvM )L
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 n4XkhY|
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment $/JXI?K
mAIl)mq|g
RhF<{U.
3^q9ll7Op
class holder ~+BU@PHv
{ j1+I_
public : {(F}SF{
template < typename T > :U'n0\
assignment < T > operator = ( const T & t) const [rAi9LSO"
{ k`[>Bk%b
return assignment < T > (t); VTDnh*\5
} I3x+pa^]2
} ; K~^o06 Y
:(3'"^_NA
,?%Y*?v
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: }y+a)2
lSd tw b
static holder _1; Ly
v"2P
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 9M|#X1r{%{
$SFreyI;Uf
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ga;t`5+d
而不用手动写一个函数对象。 _x!/40^G
r"x}=# b!
$}YN`:{
"8(8]GgYx
四. 问题分析 Kh&a# ~c
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。 NP~3!b
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。 ~e){2_J&n
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。
~Z#\f5yv@
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 iQCs8hIR
下面我们可以对这几个问题进行分析。 i#4E*B_-
8zJye6f;l
五. 问题1:一致性 ^tjM1uaZ5(
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?| += gU`<\
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 y=SpIbn{
V{qR/
struct holder irB}h!@
{ "Nq5FcS9
// "zFTPL"
template < typename T > i5*/ZA_
T & operator ()( const T & r) const =fhRyU:C[z
{ }1sd<<\`
return (T & )r; jzZEP4
} gG(9&}@(
} ; Ipow
Jw^
\[B#dw#
这样的话assignment也必须相应改动: =`V9{$i
9Z3Y, `R,
template < typename Left, typename Right > {qH+S/
class assignment ET6}V"UD
{ JVPLE*T
Left l; U\YzE.G1]S
Right r; = o1&.v2j
public : D;DI8.4`N
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} }\ya6Gi8
template < typename T2 > dda*gq/p
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } x$bCbg
} ; 6a{b%e`
jrYA5>=>#
同时,holder的operator=也需要改动: DpL|aRdbK
@CCDe`R*
template < typename T > BUla2p
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const R&L^+?
{ P"+K'B7K3
return assignment < holder, T > ( * this , t); \!r,>P
} >#xIqxV,
~t.i;eu
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。 ~_4$|WKl
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 jsw0"d(
6
&MATMR
return l(rhs) = r; - I j
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 'c/Z
W
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: XSo$;q\
9,AHC2kn%
template < typename Tp > /2]=.bLwz
class constant_t E#M4{a1
{ C;eM:v0A[
const Tp t; +{{'3=x9
public : 2E=vMAS
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} :*E#w"$,j
template < typename T > ZfWF2%]<
const Tp & operator ()( const T & r) const EY.Z.gMZI(
{ {
daEKac5
return t; h#I]gHQK
} N51RBA
} ; L ]Dl}z
9]*hP](
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 X!/
下面就可以修改holder的operator=了 WH0$v#8`v
L[p[m~HjG^
template < typename T > mM;p 7
sJ
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 'wP\VCL2>
{ D7(kkr:r
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); orr6._xw
} ]$
iqJL
R"k}wRnxY
同时也要修改assignment的operator() Q.])En >i
C\C*'l6d
template < typename T2 > N'e3<
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } hS 7o=G[
现在代码看起来就很一致了。 4"y1M=he
[%yCnt
六. 问题2:链式操作 A@k`$xevVj
现在让我们来看看如何处理链式操作。 *[O)VkL\%i
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 v6_fF5N/
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 *we*IhIP
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 d(8X?k.S
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct VsMTzGr
dw
e$, 9
template < typename T > mk&`dr
struct result_1
2<' 1m{
{ ~xaPq=AH
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; bQu1L>c,Uw
} ; ~^pV>>LX|
is [p7-
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: ;wvhe;!
4!
V--F
template < typename T > n%Gk
{h5
struct ref WTP~MJ#C
{ EvEI5/z
typedef T & reference; [#Y7iN&
} ; y&$v@]t1
template < typename T > .gK>O2hI
struct ref < T &> (lBwkQNQGd
{ S>s{t=AY~
typedef T & reference; Ps!~miN|>
} ; Q-M"+ HO
2PrUI;J$
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: b/eJEL
J$X{4
template < typename T > 20XN5dTFT
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Pa-p9]gq
{ Z}Ld!Byz
return l(t) = r(t); a
J&)-ge
} gwyHDSo8:a
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 (s2ke
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 sF`ELrR \
Dy[_Ix/Y,
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 wZ_k]{J
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Z* Fxr;)d
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 1\'zq;I~
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 @1UC9}>
最后的布局是: AQH\ ;L
Add DiLZ5^`]
/ \ IY='tw
Divide 5 n%J{Tcn6
/ \ mrgieb%
_1 3 xy$agt>j>
似乎一切都解决了?不。 Z+*t=?L,,G
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。 r#xq 8H=_m
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。 muc>4!Q
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: _RHB ^y;-
a2MFZe
template < typename Right > XDWR]
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ?!4xtOA
Right & rt) const HoIK^t~VT#
{ l,pI~A`w_
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ).BZPyV<
} #@#/M)
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 N^{"k,vB-
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。 ,a&&y0,
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。 l^B PTg)X@
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。 2tq~NA\#t
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。 2Bf]#l{z
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? SGuLL+|W#8
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: E9]/sFA-]
2th>+M~A
template < class Action > /i${ [1
class picker : public Action 8hK\Ya:mP
{ hd@ >p.
public : 3j]P\T
picker( const Action & act) : Action(act) {} w*E0f?s
// all the operator overloaded d'4^c,d
} ; @w H+,]xE
%SHjJCS3
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 /Lf+*u>"
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ]Ywj@-*q
01 vEt
template < typename Right > /n9yv
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const b*7:{FXg
{ w;RG*rv
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); o
IUjd
} Zr&~gXmVS
:KJG3j?
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > f^tCD'Vmi
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 w4S0aR:yL
\5]${vs&s
template < typename T > struct picker_maker 1qR[&=/
{ M7\; Y
typedef picker < constant_t < T > > result; M=mzl750M
} ; L=7U#Q/DE
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 9{{|P=
{ N^G:m~>
typedef picker < T > result; ;oKN 8vI#7
} ; Ly?%RmHK
i|@lUXBp
下面总的结构就有了: Lq&;`)BJ
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。 Au q)
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。 K%XQdMv
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 R::0.*FF
至此链式操作完美实现。 7 +RsZu
iK#5nY].
rNdeD~\
七. 问题3 +w(sDH~kd
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。 y?ps+ce93
lw.4O^
template < typename T1, typename T2 > [<HU~PP
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const x>u \
{ ~f.fg@v`+v
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); DNP%]{J
} PRs[!EB6
(XQBBt
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: ,[64$=R8
sXD.*D
template < typename T1, typename T2 > Mw0Kg9M
struct result_2 {^r8uKo:~
{ ;*3OkNxa3
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; .>5KwEK~
} ; 7O_@b$Q
;1S~'B&1Q
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? %0>DjzYt
这个差事就留给了holder自己。 E3pnu.;U:_
X+'z@xpj
Dr;-2$Kt/&
template < int Order > !+&Rn\e%7
class holder; To x{Sk3L
template <> C q/936`O
class holder < 1 > I:6N?lD4}0
{ !`u
public : $6W o$c%
template < typename T > aoLYw 9
struct result_1 q,#j
*
{ TRQ@=.
typedef T & result; j@JhxCe1+R
} ; O!0YlIvWv
template < typename T1, typename T2 > "pb$[*_@$
struct result_2 E%R^
kqqr
{ nUAoPE
typedef T1 & result; y^7ol;t
} ; SF$]{
X
template < typename T > Tgpf0(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const F9hh- "(Z
{ o"O=Epg
return (T & )r; !"*!du28jo
} 9uV'#sR
template < typename T1, typename T2 > f0uzoeL<%
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const <