一. 什么是Lambda +\F'iAs@
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 joiL{
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, z@B=:tf
Fsif6k=4
rvXWcu -"
K95p>E`9e
class filler
">y%iE
{ [Pq}p0cD
public : |MFF7z{%
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} yIDD@j=l
} ; \}p6v }
( 5tvfz%
G0^2Wk[
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: 6~1|qEe6I
o1FF"tLkN
gx\&_)w N
Il=
W,/y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 7z!tKs"TMT
wnM9('\
dIRm q+d^
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Qj.l:9%
4KH45|;3
~%SH3$
_Jme!Oaa
二. 战前分析 }Rz3<eON
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。 eC[$B99\
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 kH]yl
2
fO0XA"=
+eFFSt
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 2@%$;.
/* --------------------------------------------- */ <iH`rP#
vector < int *> vp( 10 ); ^OstR`U3
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); K)Q]a30
/* --------------------------------------------- */ <xgTS[k
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); PzA|t;*
/* --------------------------------------------- */ ~~SwCXZ+b^
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); MD|5 ol9
/* --------------------------------------------- */ ;S57w1PbVA
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); &:, dJ
/* --------------------------------------------- */ jF=gr$
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 1DvR[Lx%
dv.(7Y7.x
fp[|M
'J6
M*vO
看了之后,我们可以思考一些问题: D (h18
1._1, _2是什么? YEj8S5"Su\
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。 HmiJ~C_v`:
2._1 = 1是在做什么? t5#rps\;
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。 0o9 3iu=&
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。 qL6
|6-?
Y@b.sMg{
BI $
三. 动工 m3mp/g.>
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: !!`!|w
't6V:X
/)4I|"}R0I
[$ejp>'Ud
template < typename T > |b|&XB_<]Z
class assignment *g[^.Sg
{ /Rg*~Ers
*
T value; )w0AC"2O~
public : p TeOW9
assignment( const T & v) : value(v) {} "87ghj_}
template < typename T2 > K00
87}H
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } s;64N'HH
} ; /C4^<k\
<K8\n^i~c
wyQzM6:,yX
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 72oF ,42y
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment p\JfFfC
%5A+V0D0'
mL_j4=ER@
AiK
class holder jSwf*u
{ \o/n
public : -mRA#
template < typename T > ,;(PwJe
assignment < T > operator = ( const T & t) const SL;9Q[
{ LWHd~"eU
return assignment < T > (t); 3Ei5pX =g
} 'ul~7h;n
} ; Ygl%eP%Z
}C#;fp"L
opJMS6%r
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: bIEhgiH
!X<~-G2)l
static holder _1; mGGsB5#w>
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 T9u <p=p
QNxl/y\l0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 7?kIVP1r
而不用手动写一个函数对象。 ;Hj~n+
bf!M#QOk?
FDv+*sZ
ijdXU8
四. 问题分析 FN%m0"/Z{t
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。 >B2q+tA
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。 CJXg@\\/
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 2w-51tqm
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Hx\H $Y
下面我们可以对这几个问题进行分析。 h<SQL97N
Ko/ I#)
五. 问题1:一致性 jMN[J|us51
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| Xixqxm*8
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ,$
^C4I
aN $}?
struct holder +C(/Lyo}
{ EB_NK
// d R]Q$CJ
template < typename T > o`q_wdy?
T & operator ()( const T & r) const _dJ{j
{ <1.A=_
M
return (T & )r; ul ER1\W
} "eWYv3z~-
} ; nE^Qy=iE
,ML[Wr'2
这样的话assignment也必须相应改动: I~9hx*!%%
E)9yH\$6
template < typename Left, typename Right > wlEo"BA
class assignment Eyh51IB.
{ Q]w&N30
Left l; \0H's{uek
Right r; j`*#v
public : ,57`D'
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} !DI{:I_h(
template < typename T2 > z ly unJD(
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } wj1{M.EF\
} ; p IKSs<IP
FA}_(Hf.[
同时,holder的operator=也需要改动: .LuB\o$
QEu=-7@>
template < typename T > !grVR157P
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 5n
^TRB
{ ^-a8V'
return assignment < holder, T > ( * this , t); d'|,[p
} viAMr"z
UD)e:G[Gat
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。 PGARXw+
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ^_%kE%I
j*
*s^Sg
return l(rhs) = r; vUnRi=:|
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。 !QT'L,_
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 2"d!(J6}K
G_dsrpI=N
template < typename Tp > wprX!)w<i
class constant_t }irn'`I
{ DS%\SrC
const Tp t; /De^
public : @5[kcU>
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ]Y| 9?9d
template < typename T > s #S%#LM
const Tp & operator ()( const T & r) const vc]cNz:mQ
{ Y&^ P"Dw
return t; 1 `7<2w
} E3*\
^Q_
} ; {"
4e+y
ad_`x
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 2]c{P\
下面就可以修改holder的operator=了 j}AFE
B:\Uw|Mf
template < typename T > }=2;
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 7rC uu *M
{ PD LpNTBf
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); {h KjD"?
} ?9X&tK)E-
ne>g?"Pex{
同时也要修改assignment的operator() LjH*rjS4
i"j(b|?e
template < typename T2 > pW]4bx@E
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } gXH[$guf
现在代码看起来就很一致了。 kGUJ9Du
~Gqno
六. 问题2:链式操作 5c;h&
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Zv_jy@k
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 C P3<1~
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 er.CDKD%L
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 :v L1}H<
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 1H,g=Y4f%
7 ua6l[c
template < typename T > 8v)_6p(<x8
struct result_1 ,JEbd1Uf
{ >z`,ch6~
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 34QfgMyH
} ; }elH75[64
nSCWg=E^
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: R <"6ojn
oQ7]=|
template < typename T > zLD|/`
struct ref /V?H4z[G
{ {gKN d*[*
typedef T & reference; ]}UgS+g>$
} ; 5`<eKwls
template < typename T > s:AkkkF
struct ref < T &> ZCg`z
{ <q,+ON\'
typedef T & reference; Cj*-[EL<
} ; dtAbc7
SxjCwX">
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ./p|?pu
do-c1;M
template < typename T > CWO=0_>2
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const m ga6[E<
{ Se!)n;?7Sw
return l(t) = r(t); Fn^C{p^
} GyC /_ntn
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。 pX=,iOF[I
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Y?#i{ixX6n
dS`Bk6Y
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 X[W]=yJJ
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ]=!P(z|
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 k?VQi5M
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 V5D`eX9
最后的布局是: LjdYsai-
Add kHJ96G
/ \ M"_FrIO
Divide 5 jFerYv&K~
/ \ )nu~9km3
_1 3 F8+e,x
似乎一切都解决了?不。 s^T+5E&}
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。 somfv$'B
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 )uLr?$qe
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: 9B+wYJp
+/?iCmW
template < typename Right > s~},y]YV
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const oY`qI nM_
Right & rt) const CT d|`
{ jLcHY-P0V
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); %TrF0{NR90
} $gMCR
b,
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 %So]3;'
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 P=H+ #
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 o7+>G~i
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 Q&M'=+T
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 /9Ilo\MdD
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? J`#`fX
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: 4B?!THjk
#\bP7a+
template < class Action > >m_v5K
class picker : public Action dZ:r&Qa
{ c#b:3dXx9
public : \%,&~4
!
picker( const Action & act) : Action(act) {} 5eX59:vtl
// all the operator overloaded v.W{x?5
} ; &14W vAU
v&3O&y/1v
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 83.E0@$
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: oJ78jGTnb
J<JBdk
template < typename Right > )'q%2%Ak
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const KIL18$3J
{ i=v]:TOu
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); |
W#~F&{]
} OYf{?-QD
8o)L,{yl
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> >
wAbp3h X
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 {4ptu~8
C4$/?,K(
template < typename T > struct picker_maker ]2+g&ox4'
{ hbuZaxo<
typedef picker < constant_t < T > > result; dyQh:u
-
} ; \Kd7dK9&]
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ~"ONAX
{ bdV3v`
typedef picker < T > result; t ,qul4y}
} ; ui'F'"tPz
>uHS[ _`nM
下面总的结构就有了: F,G,b
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。 Fc0jQ@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。 pH9HK
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 h'^FrWaU/
至此链式操作完美实现。 ZHy><=2
?gV'(3
!
!=[uT+v
七. 问题3 2/tb6' =
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。 2H&{1f\Bf
p27p~b&
template < typename T1, typename T2 > |*Ot/TvG
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 7dD.G/'
{ Xyv8LB
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); K="I<bK
} '7nJb6V,0l
i+~QDo(Pi
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: vmKTF!;
T2bnzIi
template < typename T1, typename T2 > ) Ypz!
struct result_2 ItK
{ X*Z5 P
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; J5T=!wF (
} ; ]+IVSxa!u
0&`}EXe<f
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? A9BxwQU#
这个差事就留给了holder自己。
3t
;]h.m)~|
hU,$|_WDy
template < int Order > 4]UT+'RubX
class holder; jA2ofC
template <> v7@H\x*
class holder < 1 > Qp&?L"U)2
{
nhfwOS
public : F7uhuqA]N
template < typename T > 8Nvr93T,
struct result_1 N^@
\tg=
{ II#
typedef T & result; Y}/jR6hK
} ; Q=.g1$LP
template < typename T1, typename T2 > ZA.fa0n
struct result_2 aBCOGtf
{ yQS04Bl]
typedef T1 & result; =mJF_Ri
} ; DS
1JF
template < typename T > EW5]!%
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const x_ySf!ih
{ |p'i,.(c_W
return (T & )r; K%<GU1]-]
} L;C|ow^c
template < typename T1, typename T2 > _z:Qhe
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 'aPCb`^;w
{ gY\mXM*^
return (T1 & )r1; Ak|b0l>^
} UQdyv(jXq
} ; n49s3|#)G
>PH< N
template <> wrK#lh2
class holder < 2 > ork|yj/A
{ ZPYH#gC&T
public : j@g!R!7)
template < typename T > Ge9}8
struct result_1 gCwt0)
{ LO>8 j:
typedef T & result; <"ae4
} ; 14u^[M"U
template < typename T1, typename T2 > iJ*%dio
struct result_2 q+J0}y{#8)
{ _U=S]2QW
typedef T2 & result; 'X ~Ab
} ; (v|`LmV
template < typename T > o?=fhc
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const O &\<F T5
{ qqD0R*(C
return (T & )r; 2_Jb9:/X
} DD6 'M
U4
template < typename T1, typename T2 > A xR\ned
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const &u4Ve8#
{ }JJ::*W2n
return (T2 & )r2; DzmqR0)
} 9>zDJx
} ; .)nCOwR6p
;l#?SYY
U*xxrt/On/
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 ,"C&v~
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: ^B6`e^<
首先 assignment::operator(int, int)被调用: |>[X<>m
Q^kMCrp
return l(i, j) = r(i, j); ~:s!].H
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) ~s0P FS7
v5gQ9
return ( int & )i; *U2Ck<"]
return ( int & )j; 8\u;Wf
最后执行i = j; e7wKjt2fy
可见,参数被正确的选择了。 6z`8cI+LRw
]d~MEa9Y|
7Fc |
!?Tzk&'
3_@G{O)e
八. 中期总结 .1%i`+uZ
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: TR_(_Yd?36
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 R3cG<MjmK
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 $$/S8LmmK
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor 2O^32TdS
I>8Bc
?/^VOj4&
vkh;qPD
Q)9369<A
<|wmjW/D
九. 简化 MbM:3
很明显,要支持一个操作符所要做的工作太多了,而且在每个functor中申明result_1至result_n,可见如果n发生变化,维护的开销极大。 ),z,LU Yf
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 2@4MC`&