一. 什么是Lambda a@$ U?=\e
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 0{#c
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, 7Gd)=Q{uur
AD^9?Z
9kss)xy
:SUPGaUJ"
class filler 0Po",\^
{ 4vKp341B
public : Bh$hgf.C
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 0i/l2&x*k]
} ; ??0C"8:[
vY0C(jK
mJe;BU"y]
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: /{Ksi+q
.q$HL t
G{
~pA4
01<~~6A
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 12BTZ
0j\?zt?
Se7NF@>9_
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 W}p>jP}
1^ZQXUzl%i
(oO*|\9u
ImO\X`{
二. 战前分析 3on]#/"1b
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。 58)`1p\c'
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 M>^Ho2
{)nm
{IV,
<cm,U)j2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); a]XQM$T$
/* --------------------------------------------- */ c+chwU0W
vector < int *> vp( 10 ); t &XH:w&j
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1);
)u?pqFH
/* --------------------------------------------- */ w=5 D>]
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ovJ#2_
/* --------------------------------------------- */ m"*j J.MX
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); |fnP@k
/* --------------------------------------------- */ >ly`1t1
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); }la\?I
/* --------------------------------------------- */ m`CcU`s
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 4UD<g+|
:#W40rUb
xp-.,^q\w
p.^glz >B
看了之后,我们可以思考一些问题: ]7" W(
1._1, _2是什么? mpfc2>6Il.
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。 '7AlE!7%
2._1 = 1是在做什么? KLD)h,]
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。 0;
GnR 0
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。 aHx(~&hRcL
7ukJ\P5[&1
.O!JI"?
三. 动工 (PAkKY}
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 4#Wczk-b
`(s&H8x#
P @N7g`u3}
>MD['=J[d
template < typename T > 6U[`CGL66
class assignment WBT/;),}:
{ R{Q*"sf
T value; U5Say3r
public : R&}"En`$s
assignment( const T & v) : value(v) {} A*#.7Np!"
template < typename T2 > 1sp>UBG
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } j}R!'m(P'
} ; <y#-I%ed
H0<(j(JK
|>o]+ V
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Tbv", b
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment >PdYQDyVS
>xQgCOi
X+zFRL%
tSX<^VER7
class holder 7x`dEi<
{ %xZYIYKf
public : BUT{ }2+K
template < typename T > 2@K D
'^(
assignment < T > operator = ( const T & t) const _h|rH
{ l_tr,3_w
return assignment < T > (t); /RD@ [ 8
} Fm}#KE0
} ; LV|ZZ.d h
?blF6Kl$
F:nhSd
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: Ibt~e4f
&KinCh7l L
static holder _1; PI_MSiYQ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 zUX%$N+w}>
sq
`f?tA?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); M^^5JNY
而不用手动写一个函数对象。 (IdXJvKU!
/@Qg'Q#
-6lsR
(iub \`
四. 问题分析 ?+#|h;M8
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。 a@(4X/|
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。 z}I =:
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 $:IOoS|e
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 9))E\U
下面我们可以对这几个问题进行分析。 _BGw)Z 6
`x=W)o
}
五. 问题1:一致性 zbQ-l1E
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 2d:<P!B
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 B-Bgk
]D(!ua5|x`
struct holder \Tq !(]o^
{ ~aKM+KmtPH
// #OlU|I
template < typename T > hx|Cam"
T & operator ()( const T & r) const reo
{ e$HN/O
return (T & )r; B*=m%NXf
} MmUtBT
} ; vv='.R, D
=!}n .
这样的话assignment也必须相应改动: Uedzt
7&oT}Z
template < typename Left, typename Right > 'Cw&9cL9w
class assignment b[5$$_[
{ R@*mMWW,
Left l; 6)<g%bH!
Right r; (-k`|X"
public : 1, 5"sQ$
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Vl=!^T}l+
template < typename T2 > q\+khy,k
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } OZ{YQ}t{^1
} ; S$9>9!1>*
tA#7Xr+
同时,holder的operator=也需要改动: 5f5bhBZ<
,/{(8hn
template < typename T > )qXl8H I
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const @9-/p^n1
{ h SGI
return assignment < holder, T > ( * this , t); ]O%wZIp\P
} E=N44[`.G
$P<T`3Jg
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 dnRS$$9#
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 2R}9wDP
`re9-HM
return l(rhs) = r; *Uq1q
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。 0
#*M'C#
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: m417=wf
DH7B4P
template < typename Tp > b*C\0D
class constant_t _i@{:v
{ fP|rD[
const Tp t; F_28q15~:
public : pPI'0x
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ly,3,ok
template < typename T > UO3QwZ4j;
const Tp & operator ()( const T & r) const +Fn^@/?yC
{ "9mVBa|Q
return t; Gyo[C98
} 66A}5b4)]
} ; _<;;CI3w
eN*=wOh
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 cJb.@8^J
下面就可以修改holder的operator=了 8:W,""
;ZnSWIF2
template < typename T > ;Y/{q B!
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const um/2.Sn>
{ $U3|.4
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); z^@.b
} 2oY.MQD7iW
4J #F;#iA
同时也要修改assignment的operator() +y%"[6c|
<d2?A}<
template < typename T2 > CcF$?07 i
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } uJBs 3X
现在代码看起来就很一致了。 R^_7B(
q> ;u'3}
六. 问题2:链式操作 Pv mmyF
现在让我们来看看如何处理链式操作。 }b$?t7Q)
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 e_eNtVq
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 fY)Dx c&ue
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 YH_mWN\Wu
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct +sN'Y/-
'brt?oZ%
template < typename T > !v^{n+
struct result_1 U<T.o0s=
{ )Dg;W6
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; .Vohd@s9l
} ; "nkj_pC
0D x,)C
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: (#|CL/ &
z]/;?
template < typename T > j41)X'MgJ
struct ref M4%u~Z:4h+
{ uc0 1{t0,
typedef T & reference; bfjC: "!H
} ; 0F"W~OQ6
template < typename T > X#625h
struct ref < T &> 7(ni_|$|
{ [w0@7p"7
typedef T & reference; ,r=9$i_
} ; U8f!yXF'
+XaRwcLC.
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: [r[IWy(}
dA)JR"r2
template < typename T > {P'_s]B)
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const dC&OjBQ
{ 5=;LHS*
return l(t) = r(t); SJseP_-
} pUGFQ."\
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 3q$[r_
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 iy<|<*s2D
>
whcZ.8
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 oFO)28Btv
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: n!Dr:$
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 \wJ2>Q
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 u[{j;l(
最后的布局是: &dH[lB
Add 5Kadh2nz
/ \ QR ?JN\%?
Divide 5 \
F\ /<
/ \ e_<'zH_1
_1 3 W2$MH: j
似乎一切都解决了?不。 O c[F
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。 (6y[,lYH
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。 Z[ NO`!<
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: ;S&PLgZ
e9LP!"@EY
template < typename Right > lQ8h -Tz
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const h_( #U)z_3
Right & rt) const /?ZO-]q
{ BR*'SF\T
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); K@f@vyw]
} ifXGH>C
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 EZ"n3#/
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。 @5["L
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。 9}[UZN6
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.U
wtH
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。 '3p7ee&
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? Jw4#u5$$Z
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: ^vj}
1*aO2dOq
template < class Action > B~CdY}UTsj
class picker : public Action & t.G4
{ 5[[mS
public : r_x|2 AoO
picker( const Action & act) : Action(act) {} Qm"&=<
// all the operator overloaded +HXR ))X
} ; y6hb-:
#1
rWP
-Rm
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。 18HmS>Qo
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: A2 r\=for
eT'Z;ZO
template < typename Right > *=2sXH1j
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Uhw:XV@m
{ f`gs/R
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); qk{+Y
} @W1F4HYds
m8T< x>
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > n9 %&HDl4
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。 anzt;V.;Y
rjo1
template < typename T > struct picker_maker N^TE
;BM
{ nOCCOTf
typedef picker < constant_t < T > > result; XkEJ_;:
} ; joRrsxFU
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > z@8W
{ /$U<S"
typedef picker < T > result; W=S<DtG2
} ; *U mWcFoF
zR!p-7_w
下面总的结构就有了: jU9\BYUg
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 )Jaq5OMA/
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 iLbf:DXK(
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 n/6qc3\5i
至此链式操作完美实现。 |>~pA}
}T~}W8H
[S_qi,
七. 问题3 iD${7
_
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。 X{u\|e{
!qe:M]C'l
template < typename T1, typename T2 > ]zATdfa
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ?r'2GR2Sk4
{ h@{mcz
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); _)U.5f<
} $`&zI