一. 什么是Lambda ,$mnD@)
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 b'O>&V`
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, 9]VUQl9gh
[U]*OQH`e
;)5d
wq
Vur$t^zE
class filler q*Yh_IT.I
{ i15uHl
public : NUEy0pLw
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} #SQT!4
} ; bec n$R
z6B/H2
&'N{v@Oi)
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: 5 r"`c
A0cC)bd&
bAeC=?U
@ _U]U
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); F5gL-\6
.rD@Q{e50
o
<0 f
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 5iz]3]}%
%8>s :YG
\kvd;T#t6
VD;Ot<%
二. 战前分析
X~sl5?
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。 GX&BUP\
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 kTAb
<
0_}OKn)J
36*"oD=@
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); tlV>
/* --------------------------------------------- */ '~VKH}b
vector < int *> vp( 10 ); U>IllNd
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); e Pq(:ih
/* --------------------------------------------- */ _~&6Kb^*
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); fB:9:NX
/* --------------------------------------------- */ JC(rSs*
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 4!i`9w$$"
/* --------------------------------------------- */ -/ ;y*mP
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); L$cNxz0$
/* --------------------------------------------- */ ^&zwO7cS
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); gYA|JFi
&dh%sFy
bTHKMaGWC
3xxQL,FV
看了之后,我们可以思考一些问题: KiT>W~
1._1, _2是什么? .mn`/4
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。 F^7qLvh
2._1 = 1是在做什么? Yc3\NqQM
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。 i6?,2\K
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。 mM!'~{r[-
'C8VD+p
}&I\a
三. 动工 8i!AJF9IQ}
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 9W:oo:dK F
:6S!1roi
iZ<^p1i
%obR2%
template < typename T > =dx!R ,Bw
class assignment dqnH7okZ
{ CnSf GsE>
T value; lqn7$
public : GwQW
I]
assignment( const T & v) : value(v) {} C8rD54A'M
template < typename T2 > oGM Ls
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } -G e5gQ=
} ; Ig}G"GR
PElC0qCn[
'9c`[^
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 'bJ!~ML&
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 3sIW4Cs7)U
,(dg]7
I_6NY,dF
{STOWuY
class holder g@wF2=
{ g}"`@H(9r3
public : "RMBV}<T
template < typename T > XTEC0s"F
assignment < T > operator = ( const T & t) const {*,~,iq
{ lffp\v{w
return assignment < T > (t); ;*1bTdB5a
} (DJLq
} ; XI:8_F;Q
TG7Ba[%
nwswy]e8/
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: $&~/`MxE
A'r 3%mC
static holder _1; EBlfwFd
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 M4
SJnE
b~fX=!M
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); J!5BH2bg
而不用手动写一个函数对象。 9zSHn.y
w}No ^.I*4
kR$>G2$!
q9cmtZrm
四. 问题分析
R)i
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。 b?9c\-}
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。 fHhm)T8KB
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 qcMVY\gi
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 aEU[k>&
下面我们可以对这几个问题进行分析。 K*iy ^}
W%LTcm
五. 问题1:一致性 u>c\J|K_V
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?| CvfXm
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 x{4Rm,Dxn
L[l?}\
struct holder T'\B17
:*
{ RrrW0<Ed
// Z|;<:RKWY
template < typename T > {Hncm
T & operator ()( const T & r) const ?_mcg8A@@*
{ 2VmQ%y6e"
return (T & )r; J-*&&
} Oop5bg
} ; qu]ch&"?U
RtVy^~=G
这样的话assignment也必须相应改动: o?nlnoe
]=\Mf<
template < typename Left, typename Right > &y`
MDyXz
class assignment XMhDx
{ KHwzQ<Z3
Left l; *Q2;bmIc
Right r; [h>|6%sW
public : eduaG,+k7p
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} mF!/8qk
template < typename T2 > RmS|X"zc
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } +mRFHZG
} ; %Q]u_0P*
a*LT <N
同时,holder的operator=也需要改动: m-f"EFmP
m87,N~DP
template < typename T > H I/]s^aL
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const -H1mKZDPP
{ JA W}]:jC
return assignment < holder, T > ( * this , t); &gJKJ=7
} {FzL@!||
[8*Ovd
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。 z0J$9hEg89
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Xx{ho4qq
?pgdj|"a
return l(rhs) = r; :xw2\:5~0
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。 nb(4"|8}
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: =! v.VF\;
mhnjYK9
template < typename Tp > J6x\_]1:*
class constant_t DO<eBq\O
{ 2m.RM&TdB
const Tp t; [vki^M5i|Z
public : ZJ(/cD
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} %bf+Y7m
template < typename T > r\]yq-_
const Tp & operator ()( const T & r) const MLg<YL
{ YArNJ5z=
return t; ]2G5ng' @
} }qfr&Ffh@
} ; 51yIW*
7L)1mB.
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 y7SOz'd
下面就可以修改holder的operator=了 RAR0LKGX
OJE<2:K
template < typename T > R`=3lY;
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const n<MMO=+bg
{ VlW#_.
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); T=cSTS!P;q
} Cpaeo0Oq
Wd4fIegk
同时也要修改assignment的operator() -oq!zi4:
:1u>T3L.z
template < typename T2 > '|^LNAx
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } $w%oLI@kl
现在代码看起来就很一致了。 Rde_I`Ru
KtJE
六. 问题2:链式操作 k*|dX.C:
现在让我们来看看如何处理链式操作。 J#Fe"
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 "?,3O2t
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 eux_tyC
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 O%v(~&OSl
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct dsDoPo0!
.;WJ(kB\U
template < typename T > O<4i)Lx2
struct result_1 3(P^PP8
{ UwtOlV:G{
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; "M6a_rZ2W
} ; ;a!o$y
!s,<hU#
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: jIE>t5 fy
($(6]?J(?7
template < typename T > ?97MW a
struct ref ^7q=E@[e
{ x6HebIR+
typedef T & reference; DHpU?;|3
} ; h7Jo_L7
template < typename T > Bir}X
struct ref < T &> zcJ]US
{ ]Oc
:x
typedef T & reference; +C;ZO6%w
} ; yWIieztp
7^sU/3z
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: *wt yyP@
;TSnIC)c
template < typename T > X2@mQ&n
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const f<SSg*A;
{ ,<hXNN
return l(t) = r(t); 5K'EuI)
} >|0yH9af
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 qIjC-#a=m
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 y NV$IN%
CW\o>yh
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 >&^w\"'
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: xHsH .f_{
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Y@eHp-[
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ;YZw{|gsh
最后的布局是: 3JW9G04.
Add t{~"vD9Am
/ \ #a#~YSnG
Divide 5 ^'EEry
/ \ 344,mnAd
_1 3 y=h2_jt
似乎一切都解决了?不。 /<:9NP'^
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$PfX.Fh
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 lG#&Pv>-
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: EVO5+
s+zb[3}
template < typename Right > KH pxWq
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const "vLqYc4$
Right & rt) const N)poe2[
{ 3 tXtt@Yy
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ]?``*{Zqy
} oeIB1DaI
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 @Jm$<E
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 YY7:WQS
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 Y2<#%@%4
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 I$f:K]|.m!
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。 "Wi`S;
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? gFDP:I/`
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: ,?&hqM\
2#+@bk>^{
template < class Action > NmB0CbB
class picker : public Action Y}1|/6eJ
{ Eq.c;3
public : _"WQi}Mm
picker( const Action & act) : Action(act) {} I*lq0&
// all the operator overloaded c"O\fX
} ; 6Ir
?@O1'!
2YwV}
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。 fd+kr#
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: <