一. 什么是Lambda 33<fN:J]f
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ?l,
X!o6
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, S}w.#tyEn
@bW[J
v-;XyVx
\%Ah^U)gS
class filler =qp}p'BYe
{ lQdnL.w$.4
public : 6/mkJj+"
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} |ON&._`LH
} ; i,'Ka[6
O| 1f^_S/
xdL/0 N3
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: 50`iCD
[EmOA.6
1J-Qh<Q
C'-zh\a
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); OHHNWg_5
aI={,\
$K?T=a;z
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 )pjjW"C+
%9QMzz5
#5y9L
"B9[cDM&
二. 战前分析 &N"'7bK6n
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 jB%"AvIX
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 0Oc}rRH(C
>lraYMc<rZ
`y^zM/Ib
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); *U;4t/(
/* --------------------------------------------- */ X`fhln9N
vector < int *> vp( 10 ); Jtp>m?1Ve
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); [;?"R-V"z
/* --------------------------------------------- */ jcEs10y
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); f`hyYp`d5
/* --------------------------------------------- */ \-Iny=$
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 0~+NB-L}
/* --------------------------------------------- */ R%b*EBZ
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); &r'{(O8$N
/* --------------------------------------------- */ I%}L@fZ
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 8ji^d1G,
v}F4R $
aJ:A%+1
Xr?>uqY!M
看了之后,我们可以思考一些问题: y Y>-MoF/t
1._1, _2是什么? 1
[Sv
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。 u/gm10<OWa
2._1 = 1是在做什么? =PNdP
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。 ]{IR&{EI-
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。 lx{.H,1~
,8c
dXt
=5y`(0 I`U
三. 动工 p-5Pas
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 9W1;Kb|Z<
T[0V%Br{d+
8pYyG
| \
/[a|DUoHO
template < typename T > cT-K@dg
class assignment 3yTQ
{ T&1-eq>l
T value; {q&@nm40
public : 2#z=zd
assignment( const T & v) : value(v) {} Qm.z@DwFM{
template < typename T2 > ;W7 hc!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } >j50
;</
} ; ==]Z \jk
>vlQ|/C
?. zu2
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 RVc)")
hQj
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 9t{|_G
0jR){G9+
T>#TDMU#Fm
Y 3o^Euou
class holder +w "XNl
{ =m`l%V[
public : JAc@S20v\
template < typename T > .Qd}.EG
assignment < T > operator = ( const T & t) const R{*_1cyW
{ p{NPcT%&
return assignment < T > (t); S?*^>Y-e;
} ( "_Q
} ; L)q`D2|'
`$J'UXtGc
C@%iQ]=
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: \).Nag +
fC_zX}3
static holder _1; #hIEEkCp +
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 5pO]vBT
k_]\(myq
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 5B%w]n
而不用手动写一个函数对象。 lZ}P{d'f.
F(deu^s%{
%fHH{60
e\`wlaP,
四. 问题分析 z~F37]W3[
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。 p`
$fTgm
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 Jf2e<?`
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 mv{<'
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 s~L`53A
下面我们可以对这几个问题进行分析。 M9gOoYf,~
y)P&]&"?
五. 问题1:一致性 c8T/4hU
MN
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| W+KF2(lB
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 +|6`E3j%
O{~KR/
struct holder Gc wt7~
{ FtE90=$
// ri: ,q/-
template < typename T > '}_=kp'X
T & operator ()( const T & r) const _0K.Fk*(!
{ f6Ml[!aU
return (T & )r; X1Qr_o-BR
} ThtMRB)9
} ; mIvnz{_d
z^'n*h
这样的话assignment也必须相应改动: 7m\vRMK
YUCC*t
template < typename Left, typename Right > JRq3>P
class assignment Q |%-9^
{ C ck#Y
Left l; yX`#s]M
Right r; n[|6khOL-
public : Y,'%7u
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} " rsSW3_
template < typename T2 > n!ZMTcK8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ?H`j>]%&
} ; 6F(hY !}5
wZQ)jo7*g
同时,holder的operator=也需要改动: ^_sQG
$(3uOsy
template < typename T > [P{a_(
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const e^zHw^js
{ c+8V|'4
return assignment < holder, T > ( * this , t); _C20 +PMO
} syRN4
YGETMIT(
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 H37QgApB
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 E~qQai=]
a$}NW.
return l(rhs) = r; +pz}4M`
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。 >OK#n)U`
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: z3W3=@
ET. dI.R8
template < typename Tp > ;g+]klR!
class constant_t wN(&5rfS
{ J'e]x[Y
const Tp t; 0\Y1}C
public : DHv2&zH
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ^^U%cu Kg
template < typename T > !>3LGu,
const Tp & operator ()( const T & r) const ;}K62LSR
{ -%,"iaO
return t; P#MK
} &<Zdyf?[Ou
} ; 8eN7VT eb
\x(^]/@
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 hO
\/
下面就可以修改holder的operator=了 g5Hr7Km
/OG zt
template < typename T > R5(F)abi
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const LTXz$Z]
{ dxCPV6 XI
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); H O*YBL
} [9AM\n>g
8Q=ZH=SQK
同时也要修改assignment的operator() RYy,wVh}
bq NP#C
template < typename T2 > ,EI:gLH
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } #K4*6LI
现在代码看起来就很一致了。 kAo.C Nj7
!),t"Ae?>
六. 问题2:链式操作 to`mnp9Z
现在让我们来看看如何处理链式操作。 RgZOt[!.
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 Hhl-E:"H`
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 /8c&Axuv
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 e;h,V(
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct RV;!05^<
v+6e;xl8
template < typename T > )R &,'`\
struct result_1 :G=FiC
{ t7*#[x)a
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; cU8x Upq
} ; <cj{Qk
Ryv_1gR!
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: S&wzB)#'
u-:Ic.ZV
template < typename T > 'SV7$,mK@
struct ref 2 hq\n<
{ cP rwW6
typedef T & reference; IZrk1fh
} ; t,<UohL|z
template < typename T > (>7>3
struct ref < T &> x)oRSsv!Tr
{ :FHA]oec1
typedef T & reference; Ej"u1F14J
} ; B(,:h aAr
ue\t ,*KYd
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: W5 ec
^B]@Lr E^
template < typename T > ;dZMa]X0
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const JvL{| KtyU
{ 8@eOTzm
return l(t) = r(t); v"!4JZ%K
} Fr [7
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。 ;gB`YNL
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 yWb4Ify
rQr!R$t/[
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 q-_' W,
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Z
a(|(M H
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 3CZS)
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 z9
($.
最后的布局是: uM S*(L_
Add {/ 2E*|W~I
/ \ ?9xu{B>6
Divide 5 /.Q4~Hw%}
/ \ |5MbAqjzC
_1 3 N+g@8Q2s;5
似乎一切都解决了?不。 goZ V.,w
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。
AK@L32-S
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。 ."6[:MF
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: lr3mE
d%ME@6K)
template < typename Right > nc?B6IV
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const tSHFm-q`
Right & rt) const 0xMj=3']
{ 3)N\'xFh@
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); i$uN4tVKT
} l,`!rF_
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 5kMWW*Xtf
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 rx!=q8=0R
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 7o]HQ[ xO
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 )jDJMi_[
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 6QZp@
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? ^}$O|t
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: &c%Y<1e`%
0XU}B\'<
template < class Action > qoX@@xr1
class picker : public Action ~Xv=9@,h
{ `dW]4>`O
public : w0J|u'H
picker( const Action & act) : Action(act) {} \".^K5Pm
// all the operator overloaded E>uVofhml
} ; 'Jj=RAV`
$xgBKD
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 \'v(Xp6
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: Z-X?JA\&
{?8B,G2r
template < typename Right > 7E7dSq
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 9A$m$
{ KZ:hKY@q
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); h<l1U'Bn7
} %,q.),F
anN#5jt
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > '%;\YD9
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。 ajH"Jy3A
5iX!
lAFJ
template < typename T > struct picker_maker ~)]} 91p
{ 1vevEa$
typedef picker < constant_t < T > > result; ULqoCd%bK
} ; ^{yk[tHpS
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > {2KFD\i\
{
%D=]ZV](
typedef picker < T > result; L>9R4:g
} ; ip:LcG t
sRhKlUJG
下面总的结构就有了: 9Kv|>#zff
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。 b[ w;i]2
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。 !CY&{LEYn0
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 [iS$JG-
至此链式操作完美实现。 iCQ>@P]nE
7jG(<!,
ROb\Rxm
七. 问题3 19U]2D/z
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。 kLP0{A
UQ?%|y*Kc
template < typename T1, typename T2 > Xrqx\X
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const A[N{
{ 0 p uY"[c
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); HIvZQQW|
} j}J Z
{MBTP;{*~
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: }"s;\?a
#ToK$8
template < typename T1, typename T2 > au@a8MP
struct result_2 !cX[-}Q
{ P:xT0gtt
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; hpbf&S4
} ; 8Cx^0
1Y j~fb(
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? gE7L L=x
这个差事就留给了holder自己。 "&+3#D
>
5FeFN)
=d`5f@'rl
template < int Order > t*S."
q
class holder; t67Cv/r~
template <> 5"KlRuv%
class holder < 1 > 2umv|]n+l|
{ v3[@1FQ"
public : TLa]O1=Bf.
template < typename T > o*S"KX$
struct result_1 X[$++p
.
{ t#E}NR
typedef T & result; eVh-_
} ; 2 -+f1,
template < typename T1, typename T2 > aAt>QxGQW
struct result_2 ^"8wUsP
{ H*I4xT@
typedef T1 & result; b7:0#l$
} ; s][24)99
template < typename T > [U{UW4
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const &:#h$`4
{ =6nD sibf
return (T & )r; 5jcte<
5I_
} S=|@L<O
template < typename T1, typename T2 > Q /x8 #X
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const LRb,VD:/Y
{ 4_?7&G0(
return (T1 & )r1; 'fd1Pj9~$
} ib6^x:HGU
} ; AONDx3[
2'0K WYM
template <> k+ o|0
class holder < 2 > 7 A$B{
{ vb{i
public : r#i?j}F}
template < typename T > \_6OC Vil
struct result_1 ,El!fgL
{ Q9F)
typedef T & result; W&Y"K)`
} ; VyLH"cCv
template < typename T1, typename T2 > eDKxn8+(H
struct result_2 [#^#+ |{\
{ ^C)n$L>C0
typedef T2 & result; '-$XX%TOAc
} ; Rqipkx
template < typename T > tfO#vw,@
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const YPDf
Y<?v
{ dI'SwnR
return (T & )r; JH,/jR
} sYSLmUZ{
template < typename T1, typename T2 > >p\e0n
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const )(M7lq.e7
{ &]6)LFm
return (T2 & )r2; gxNL_(A
} <=K qcHb
} ; 6 ,ANNj
_u0$,Y?&