一. 什么是Lambda 1\-r5e; BE
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 8~ u/gM
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, LpN3cy>U
;Pe=cc"@
|G/WS0
2ae"Sd!-2
class filler <"{VVyK
{ }mpFo2
public : BRXDE7vw
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} d:=Z<Y?d/
} ; ew<_2Xy"<
cc 0Tb
'PWA
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: @S1Z"%S
Ty} Y/jW
@;}vK=6L
H
h35cj
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); __}ut+H^5p
l"/E,X
HJJ;gTj
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 &pW2R}
P|t2%:_
y%O^Zm1
-^q;e]+J
二. 战前分析 D!&]jkUN
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。 8J:=@X^}
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 c2-oFLNP=
NuW6~PV
p}8?#5`/w
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 3Uej]}c
/* --------------------------------------------- */ _{$<s[S
vector < int *> vp( 10 ); zwk&3
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); O_L>We@3E
/* --------------------------------------------- */ a[p$e?gka
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 8*Ty`G&v
/* --------------------------------------------- */ bjAI7B8As
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); & H8 %
/* --------------------------------------------- */ qiH)J-
~GZ
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); {vdY(
/* --------------------------------------------- */ snYeo?|b
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Q]e]\J
&OA6Zw/A
ae" o|Q
?TJ4L/"(k6
看了之后,我们可以思考一些问题: 3aU5rbi|B
1._1, _2是什么? z/fSstN
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。 >~_z#2PA
2._1 = 1是在做什么? (4?^X
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。 9WI5\`*"
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。 z[6avW"q
@Ne&%F?^Z
ZMLN
;.{Na
三. 动工 -*Tf.c
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: @ qi|}($
aRElk&M
c91^7@Xv
~!=Am:-wr
template < typename T > B!&y>Z^$
class assignment K1o>>388G
{ r+h%a~A#>
T value; Xu
E' %;:
public : g9CedD%40
assignment( const T & v) : value(v) {} C#e :_e]
template < typename T2 > QUaV;6
4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } +~
Hb}0ry
} ; V^4v`}Wgx
&*Xrh7K2e
d2d8,Vg
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 &n6L;y-
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment E0/>E
#-PMREgO
|?ZU8I^vW
ycSGv4
)
class holder Ijap%l1I
{ fj/L)i
public : @3$ I
template < typename T > JZ+6)R
assignment < T > operator = ( const T & t) const Vr Lp5?Bh
{ zA}JVB
return assignment < T > (t); v*0J6<
} d2V\T+=
} ; A+GRTwj
> ;#Y0
H-nhq-fut
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: S(nQ?;9,
63J3NwFt
static holder _1; >F:1a\c
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 .c&&@>m@.
V8nQ/9R;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); $_;rqTk]g
而不用手动写一个函数对象。 {to(?`Y
qA\&%n^j]
vH-|#x~
*xmC`oP
四. 问题分析 po\jhfn
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 1L+hI=\O
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 }h1LH4
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 4w'&:k47
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 pC0gw2n8M
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ^*4#ZvpG2
6"Lyv
五. 问题1:一致性 Pz[UAJ
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| mdyl;e{0
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 n1GX`K
65JG#^)KaX
struct holder i7PS=]TK\
{ 'jMs&
// -:pVDxO
template < typename T > ]
Ok &%-
T & operator ()( const T & r) const /4OQx0Xmm
{ }!k?.(hpE
return (T & )r; 9H;Os:"\|
} }yn%_KQ0
} ; 38m9t'
qoH:_o8ClO
这样的话assignment也必须相应改动: {5D%<Te
aMGh$\Pg
template < typename Left, typename Right > fa,:d8
class assignment ,jeHL@>w[
{ 74:( -vS
Left l; Te~jYkCd
Right r; |f$ws R`&
public : f*rub. y
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} DJ7ak>"R
template < typename T2 > jtpHDS
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 1%vE 7a>{
} ; _Dqi#0#40p
Lg(G&ljE@k
同时,holder的operator=也需要改动: V`LE 'E
j^8HTa0Cy|
template < typename T > sC[#R.eq
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const sk<S`J,M/_
{ 88X]Uw(+
return assignment < holder, T > ( * this , t); =WI3#<vDG
} D</?|;J#/
,1B4FAR&
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 dc4XX5Z
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 K$D+TI)
M,p0wsj;
return l(rhs) = r; #y7 MB6-
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。 rA8NE>
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: RA!m,"RM
qGR1$\]
template < typename Tp > m*HUT V
class constant_t @
N'P?i
{ UtJfO`m9P
const Tp t; k~:(.)Nr
public : ~N;
dX[@BT
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} /6[vF)&
template < typename T > ]AM*9!
const Tp & operator ()( const T & r) const ws,?ImA
{ tj00xYY
return t; H|aC(c
} (zy|>u
} ; G7,v:dlK
7b-[# g
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 9Z=hg[`]<
下面就可以修改holder的operator=了 }j1;0 kb?
W7~_XI
template < typename T > >YXb"g@.
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ~2XGw9`J2
{ |5FEsts[
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); }*%=C!m4R!
} >wb*kyO7(#
)v+&l9D
同时也要修改assignment的operator() _X<V`,
p
5>CeFy
template < typename T2 > ,K6ODtw.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } n%;t Va
现在代码看起来就很一致了。 g(s}R ?
kO^
六. 问题2:链式操作 2,B^OZmw
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ~Ni-}p
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。 Wt!;Y,1s
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。 ]v@ng8
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。 }3XjP55
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct I
Gb'ii=A
QjJlVlp
template < typename T > veh=^K%G |
struct result_1 ]5`A8-Q@
{ *kF/yN
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; i>G:*?a
} ; ^tm2Duv
;UX9Em
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: }V.fY3J-
F$JA
IL{W
template < typename T > %Gu=Dkz
struct ref :18}$
{ hZUS#75M5
typedef T & reference; wV$V X
} ; P&5vVA6K7
template < typename T > s:,fXg25J
struct ref < T &> GO][`zZJ]
{ XM?c*,=fu
typedef T & reference; i
^N}avO
} ; Cx(HsJ!,
JPT&!%~
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: r[kHVT8
!{uV-c-5,
template < typename T > F3Vvqt*2
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 1ATH$x
{ DX3jE p2
return l(t) = r(t); 2%fkXH<
} \B/( H)Cd*
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。 (lYC2i_b#
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 l`0JL7
ao2o!-?!t
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 5y0LkuRR:
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: T_)+l)
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 r`u 9MJ*
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 P:XX8
最后的布局是: j.c4
Add flBJO.2
/ \ ih:%U
Divide 5 j}jU.\*v<
/ \ +'` ^ N
_1 3 {=R
vFA
似乎一切都解决了?不。 b_~KtMO
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。 'e
x/IqbK
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[0CD'|E
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: "6?Y$y/wm
zCwb>v
template < typename Right > }_Sgor83n
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const m Ub2U&6(
Right & rt) const 1EV0Y]T1
{ Dp@m"_1`+
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); a5@lWpQsV
} 9x8Ai
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 | 8n,|%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。 yAel4b/}
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。 1&kf