一. 什么是Lambda FGeKhA 8jT
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 V9cj
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, v=cX.^L
~du U& \
g ;XK3R
GyVuQ51
class filler g?*D)WU
{ (B%[NC6
public : {XV'C@B
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} &qM8)2Y
} ; (M{>9rk8
. BX*C
3QF[@8EH{
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: &8I*N6p:%/
GNSh`Tm =#
i~)EUF
RL
H!f1cta
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); W$W w/mcl+
Fl*<N
rC_saHo>#R
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 w O6>jW
7
\ 7IT[<Se
ca5;Z@t$S
`i+2YCk
二. 战前分析 X~/-,oV=A
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。 qyh]v [
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 #o,FVYYj
nzF2Waa-
\f=kQbM
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); G<]@nP{P
/* --------------------------------------------- */ f8G<5_!K_
vector < int *> vp( 10 ); -9Ygn_M
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Spn)M79
/* --------------------------------------------- */ /1uGsE+[
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); HVzkS|^F
/* --------------------------------------------- */ ;= 1[D
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 4UK>Vzn
/* --------------------------------------------- */ fPstSez
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); F!w|5,)
/* --------------------------------------------- */ t_Rj1U
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ?{xD{f$
43 <i3O
|?hsMN
NiQ Y3Nj
看了之后,我们可以思考一些问题: [
$"
1._1, _2是什么? Tt=;of{
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 %a:T9v
2._1 = 1是在做什么? p#3G=FV
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。
m3^D~4
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 mx#)iHY
`$FB[Z} &
DghqSL^s
三. 动工 =NSunW!
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Z v*uUe
AYfe_Dj
s,l*=<
R<%{I)
template < typename T > ^:,wk7
class assignment m=Mk@xfQ#
{ y=jZ8+M
T value; RD;A
public : P>$+XrTE
assignment( const T & v) : value(v) {} Om_ "X6
template < typename T2 > hh2&FI
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } MBnxF^c&P
} ; c#>:U,j
C5jt(!pi
Kaaz,C.$^
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 A
PrrUo
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment M
9NT%7Il
.F[5{XV
d/awQXKe7
<I 0om(P
class holder E*kZGHA
{ DZA '0-
public : 'pO-h,{TS
template < typename T > &JD^\+7U:
assignment < T > operator = ( const T & t) const Qz_4Ms<o
{ s
OLjT34
return assignment < T > (t); kuq&; uk$Q
} 06v'!M
} ; 8i<]$
sGpAaGY>
t2|0no
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: IWI$@dng6
WP=uHg
static holder _1; Xg\unUHa
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 *y$CDv
%b~ND?nn-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); /zr)9LQY0
而不用手动写一个函数对象。 $vn)(zn+
'(ZT}N
OYb:);o,iE
nT(AO-Ue^
四. 问题分析 @X9T"
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 #\O'*mz
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 QIJ/'72
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 n</Rd=
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 c>Ri6=C
下面我们可以对这几个问题进行分析。 =Lnip<t>ja
#
@7I
五. 问题1:一致性 g_?Q3
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 77wod}h!:
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ,DEcCHr,
563ExibH
struct holder Vi0D>4{+
{ QjYw^[o
// v yt|x5
template < typename T > L|;sB=$'{
T & operator ()( const T & r) const zZey
{ rEbH<|
return (T & )r; 4$U^)\06W
} ub+XgNO
} ; G|||.B8
x|()f3{.
这样的话assignment也必须相应改动: NJ;m&Tm,DF
'Asr,[]?
template < typename Left, typename Right > A]drNFE
class assignment QXO~DR1
{ 0O-"tP8o
Left l; ( )f)
Right r; m'k>U4
public : nwqA\
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Y0m?ZVt
template < typename T2 > yJ6g{#X4K<
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } q|r*4={^!*
} ; ;vbMC74J#
| h+vdE8
同时,holder的operator=也需要改动: c\O2|'JzE
e<FMeg7n
template < typename T > Z`zLrXPD)
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 4X+I2CD
{ 17 0r 5
return assignment < holder, T > ( * this , t); 7#7|+%W0
} x"cB8bZ!$
IYH4@v/#
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。 o02G:!gB
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 7KJ0>0~Et
Kb1@ +
return l(rhs) = r; r:4]:NKCi
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。 YD{N)v
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: h~z}NP
u0g"x_3
template < typename Tp > L{&=SR.
class constant_t :VLYF$|
{ Q/*|ADoq
const Tp t; (Jk[%_b>_
public : b)E<b{'W
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} o|#F@L3i
template < typename T > qZv@ULluc
const Tp & operator ()( const T & r) const Kltqe5
{ |2rOV&@l9
return t; 'C#[iRG4
} 3preBs#i
} ; BMV\@Sg
|sP0z !)b
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 6BM$u v4
下面就可以修改holder的operator=了 *X}2
s#")hMJQ
template < typename T > s<aG
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const |`V=hqe{
{ !$!%era`
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 6o5,d]
} dO,;k+
<U\8&Uv>
同时也要修改assignment的operator() Iek]/=
I:YgKs)[
template < typename T2 > e#k)F.TZ:%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } >l=^3B,j
现在代码看起来就很一致了。 jB0Ts;5
_{eA8J(A<
六. 问题2:链式操作 G-;EB
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ?du*ITim
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 m&be55M;
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 3"k n5)x
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 3SPXJa\i
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 6K=}n] n
r}:U'zlC{
template < typename T > -z
se+]O`
struct result_1 UFUEY/q
{ a0Fq$
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; -%{+\x2
} ; 9U=6l]Np
5P 5Tgk
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: cR*~JwC:
}m7$,'C%P
template < typename T > )ZFc5m^+u
struct ref DnW/q
{ &F Yv4J
typedef T & reference; (N)>?r@n`
} ; uK1VFW
template < typename T >
a3a:H
struct ref < T &> _5$L`&
{ crSqbL
typedef T & reference; Y4X`(\A
} ; {SRD\&J[
fE3%$M[V7
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: }1lZW"{e[
)V*`(dn'zm
template < typename T > ?U1Nm~'UZ
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const T1x67 b
u
{ NX:\iJD)1U
return l(t) = r(t); l0g+OMt
} bT|-G2g7Z
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 vGI)c&C>
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 =wD&hDn4
yT='V1
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 }jdmeD:
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Cn5;h(r
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 r)Ml-r=
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 _u6MSRX[6$
最后的布局是: P4|A\|t
Add 141xi;o
/ \ bUSa#pNO>
Divide 5 W{j(=<|<
/ \ N%e^2O)
_1 3 ]&P 4QT)f
似乎一切都解决了?不。 t'.:"H8BI
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。 }9;mtMR$
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。 b' ~WS4xlD
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: .0;\cv4}
5 [4{1v
template < typename Right > ~{np G
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const MF4B 2d
Right & rt) const r$;u4FR
{ MK, $#
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); kr5'a:F)
} cmbl"Pqy1
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 *&rV}vVP^
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。 Mt(;7q@1c
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。 KvuM{UI5
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。 RRR=R]
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。 )zvjsx*e=J
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? 5s1XO*s)>X
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: k\lU
Q\/O5
=42NQ{%@;
template < class Action > .Wvg{ S-
class picker : public Action o\:vxj+%*
{ qJEtB;J'
public : ~DUOL~E
picker( const Action & act) : Action(act) {} ~X1<x4P\
// all the operator overloaded ^97\TmzP{
} ; l =^ ^l`
U7d05y'
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。 ,:?=j80m
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: jI,?*n<
=1% <
template < typename Right > q|N4d9/b
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 7B#HF?,?
{ S *K0OUq
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); qiyJ4^1
} \Gz
79VW
9c=`Q5
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > >d5L4&r
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。 ;2iDa
SSa0x9T
template < typename T > struct picker_maker jMQ7^(9-
{ #%SF2PB;
typedef picker < constant_t < T > > result; pDG>9P#mO
} ; D 13bQ&\B-
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 5:X^Q.f;
{ vU,;asgy
typedef picker < T > result; &3bh K5P
} ; IyGW>g6_.
khfWU
下面总的结构就有了: 'n!kqP
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。 R'p-
4
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。 PZO8<d
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 a
#Pr)H
至此链式操作完美实现。 '7>Yrzq
OiMr,
hC...tk
七. 问题3 ,(&