一. 什么是Lambda @92gb$xT
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Hp*gv/0
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, s79q5
>& [3
lGl[^
0
iJEB?y
class filler N\c&PS
{ 9/FG,9
public : keq r%:E8
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} :EYu 4Y
} ; 56"#Syj
/ *AJ+K._
-*rHB&e
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: b{zAJ`|#[n
-3u@hp_
/rn"
Gg'<Q.H
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); MJy;GzJ O
F\zkyk4
xq#U4E
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 <'yf|N!9G
G`9cd\^
\I'f3
]d[Rf$>vu0
二. 战前分析 ^).WW
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。 (s5<
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 @X3 gBGY)
UY1JB^J$
~8XX3+]z:X
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); .WBI%ci
/* --------------------------------------------- */ }Q47_]5
vector < int *> vp( 10 ); cxAViWsf
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); [`y:M&@
/* --------------------------------------------- */ Uzan7A
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); IXbdS9,>F
/* --------------------------------------------- */ !w @1!Xpn1
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 9`)w@-~~
/* --------------------------------------------- */ <QYCo1_
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); C/{nr-V3u
/* --------------------------------------------- */ 6T R8D\
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); sN6 0o 7.
*i=?0M4S
9
Q0#We*
#[gcg]6c
看了之后,我们可以思考一些问题: &&]"Y!r -
1._1, _2是什么? h5LJijJ
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。 yq/[ /*7^
2._1 = 1是在做什么? I>A^5nk
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。 E9L!O.Q
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。 UgF) J
g`%ED0aR
:pA=V
三. 动工 Y|hzF:ll
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: &Iv\jhq
fK)ZJ_?w,@
mp&Le YYn
G=r(SJq
template < typename T > 2 ||KP|5@
class assignment DBj;P|L_
{ OhSt6&+
T value; <Z\MZ&{k{*
public : lU&`r:1>_
assignment( const T & v) : value(v) {} 0Zc*YdH
template < typename T2 > ]ro1{wm!WU
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } syWv'Y[k?
} ; ,xAM[h&
+XU$GSw3(
#Qtg\X
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 |x _-I#H
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment XPc9z}/(e
;[WSf{k
?L<UOv7;t
1+16i=BF)
class holder ^Ff~j&L@{
{ Ux%\Y.PPI
public : ;JPbBwm
template < typename T > #VQGN2bK.
assignment < T > operator = ( const T & t) const 'gk81@|
{ D]G'R5H
return assignment < T > (t); UtW"U0A
} 1OiZNuI:E
} ; 0%A(dJA6
6KIjq[T^
8ACYuN\
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ,<^tsCI
RF,=bOr19
static holder _1; Mu_mm/U_
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 N:PA/V^z
V:0uy>
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); JEm?26n X
而不用手动写一个函数对象。 wH(vX<W-E
C%95~\Ds
+}`O^#<qLX
<QkN}+B=
四. 问题分析 V~]'+A
q>
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 n&3iv^
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 Gw\G+T?M-
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 'sjJSc
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 =7J|KoKK
下面我们可以对这几个问题进行分析。 :C|>y4U&(s
g'}`FvADi
五. 问题1:一致性 u]]5p[|S
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| S}v{^vR
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 l_YdIUl
?*z(1!
struct holder 02J6Pn3
{ .J1Hg
// 0ez
i?Um
template < typename T > @KXz4PU
T & operator ()( const T & r) const 08K.\3
{ 3@Zz-~4Td
return (T & )r; V'.eesN
} bWC~Hv
} ; yqVaA 'w5
*OGXu07 !
这样的话assignment也必须相应改动: Gwrx)Mq
+,F=
-
template < typename Left, typename Right > ax{-Qi7z-+
class assignment d_WnK{
{ Wf`OyeRz
Left l; LO$#DHPt
Right r; Q:fUM[
public : YP\4XI
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} z)<pqN
template < typename T2 > .X<"pd*@e
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 1n"+~N^\
} ; .2{C29g
V=l Q}sBY
同时,holder的operator=也需要改动: Lm*LJ_+ B
53u.pc
template < typename T > O%++0k;
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Pdo5sve
{ lc$@Jjg9
return assignment < holder, T > ( * this , t); 9i2vWSga
} '/yx_RK2?
$Op/5j
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 {^$"/hj
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 V Q,\O
WEV{C(u<k!
return l(rhs) = r; K}5$;W#
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。 vu.S>2Wv
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: s!o<Pd yJK
X $9D0;L
template < typename Tp > RSWB!-
class constant_t 48&KdbGX
{ fssL'DD
const Tp t; 4KSP81}/\
public : I|3v&E1
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} XUqE5[O%
template < typename T > s<r.+zqW
const Tp & operator ()( const T & r) const o%~K4 M".
{ h'YcNkM
2>
return t; Aya;ycsgE
} /hEGk~
} ; $hE'b9qx
H;7H6fyZ
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 c"sw@<HG
下面就可以修改holder的operator=了 _OxnHf:|
.&yWHdQC:
template < typename T > (27F
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const VY&9kN
{ 85@6uBh
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); r+#V{oE_
} {}_Oo%IVGK
n,Mw#
r?y
同时也要修改assignment的operator() @%@^5
%{VI-CQ
template < typename T2 > M"$RtS|h
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } HG3>RcB
现在代码看起来就很一致了。 by
y1MgQd
O"-PNF,J
六. 问题2:链式操作 _467~5JkU
现在让我们来看看如何处理链式操作。 &\]f!'jV
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。 \=G
Xe.}4d
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。 ~z1KD)^
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。 wsGq>F~
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct VQNH@g^gqr
]zMBZs
template < typename T > }?q nwx.
struct result_1 k&"qdB(I
{ 7/OOq=z
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 3]]6z K^i
} ; Z-p^3t'{
&$z1Hz +l
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: a3
_0F@I
k#r7&Y
template < typename T > 1]3bx N
struct ref rnBeL _8 C
{ 4a \+o]
typedef T & reference; /G{3p&9
} ; {)[g
template < typename T > Umwg
iw
struct ref < T &> vls> 6h
{ [c!vsh]^
typedef T & reference; WT
{Cjn
} ; Vq7
kA "
"yq;{AGOGl
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: BMj&*p8R
]<_!@J6k
template < typename T > %C][E^9
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const _ktSTzH0
{ ?d#(ian
return l(t) = r(t); K$v Rk5U
} n|,Vm@zV
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。 MGC0^voe
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 -bu. *=
[3NV #
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 zr9Pm6Rl
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: &E'>+6
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 RkV3_c
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 S_ -mmzC(
最后的布局是: _,?H rL9
Add 6)<o O(
/ \ -Izg&u &
Divide 5 jW$f(qAbm
/ \ n$0)gKN7
_1 3 z'K7J'(R
似乎一切都解决了?不。 G}xBYc0b
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 N)y;owgo
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 l
YA+k5
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: %7wzGtM]ps
k#+^=F^)I
template < typename Right > cCKda3v!O
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const *ik)>c_
Right & rt) const B=/=U7T
{ &>4$ [m>n
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); M 6Z`Pwv];
} acZ|H
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 J;Xz'0
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。 :*%\i' $!/
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 pR7G/]U$A
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。 ct/THq
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。 Z$K%@q,10+
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? {cHTg04
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{h]./%
Cu<ojN- $
template < class Action > c+XR
class picker : public Action W]7?;#Hpk
{ /38Pp%
public : UiN ^x
picker( const Action & act) : Action(act) {} Ec/+ 9H6g
// all the operator overloaded BU\NBvX$
} ; JkEQ@x
-;.fU44O[#
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。 dM.Ow!j
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: $4)guG)
m,fr?d/;
template < typename Right > @].aFhH`)
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const |8+rUFkU8
{ L| qY
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); X
KeK;+
} EqwA8?M
md_s2d
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > \aRB
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 ;G&O"S><]c
@d9*<>@:
template < typename T > struct picker_maker ViONG]F
{ L)"w-,zy
typedef picker < constant_t < T > > result; 2a}_|#*
} ; @WUCv7U
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > cl8Mv
{ ~t$VzL1
typedef picker < T > result; JsdEA
} ; #f@53Pxb
9Ky,oB
下面总的结构就有了: $>`8'I
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。 :udZfA\sW
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。 "q8'tN><