一. 什么是Lambda /a?qtRw
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 qA5 Ug
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, ^/fasl$#
Er@OmNT
jchq\q)_z
66-G)+4
class filler R(p3*t&n
{ U6F1QLSLz
public : 3oBR
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} {.o@XP,.
} ; a9y+FCA
\@m^w"Ij
:s>x~t8g#n
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: ubUVxYD?
5&TH\2u
{fa3"k_ke
LsO}a;t5
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ($'5xPb
RZP7h>y6@
Kjt\A]R%
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 +0g L!r
RAj>{/E#W
h]pz12Yf
v W4n>h}]
二. 战前分析 AL;4-(KH
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。 `T3B
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 vp(ow]Q
Ticx]_+~T
Bu"5NB
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); P7\?WN$p
/* --------------------------------------------- */ .FC|~Z1T<F
vector < int *> vp( 10 ); 8\Bb7*
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); K/M2L&C
/* --------------------------------------------- */ q![`3m-d.
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); CaR-Yk
/* --------------------------------------------- */ 8p_6RvG
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 9J$-E4G.M
/* --------------------------------------------- */ +
f,Kt9Cy
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 2]=`^rC*
/* --------------------------------------------- */ n+ S&[Y
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); bX>R9i$
$[\\{XJ.
nXw98;
T{)_vQ
看了之后,我们可以思考一些问题: YO9;NA{sH
1._1, _2是什么? S? #6{rx
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。 v1z
d[jqk
2._1 = 1是在做什么? MI)v@_1d
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。 U=PTn(2
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。 ^@^K
<SVc
?NR&3q
$4q$!jB5
三. 动工 LkXho>y
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ; Vpp1mk|
Lg{M<Q)4
}:57Ym)7w
hkMVA
template < typename T > ~z)JO'Z$
class assignment #mkf2Z=t-
{ y/+IPR
T value; e,
fZ>EJ
public : HI7w@V8Ed
assignment( const T & v) : value(v) {} -5JN`
template < typename T2 > ["[v
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } glLoYRTi
} ; %77uc9}
p>B-Ubu
l=ZD&uK
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 i` Q&5KL
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment inh
J|pe"
me@)kQ8M
DTG-R>y^
qA"BoSw 4
class holder Q-z `rW
{ 4:5M,p
public : )qe
rA
template < typename T > y%?'<j
assignment < T > operator = ( const T & t) const yD#(Iw
{ `x_}mdR
return assignment < T > (t); :$0yp`k
} -V-I&sO<
} ; fUr%@&~l^
hfw+n<
QiK-|hFj
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: F?[1m2
!o1IpTN
static holder _1; 83 <CDjD
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 TD%&9$F
)Xa_ry7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); |Z)}-'QUJ
而不用手动写一个函数对象。 ] E:NmBN<
p6V#!5Q
ea]qX6)UZ
%z=:P{0UQ
四. 问题分析 ja9=b?]0,
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。 Wf^sl
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。 x-]:g&5T
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 lV$CBS
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 )K$YL='kX
下面我们可以对这几个问题进行分析。 lv9Tq5C
zXD/hM
五. 问题1:一致性 h8X[*Wme
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?| lrj&60R`w
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 bv VkN
< Sgc6>)
struct holder &>]U c%JK
{ %P D}VF/Y
// uVKe ?~RC
template < typename T > 9!FU,4 X
T & operator ()( const T & r) const T*%rhnTv0
{ O-[
return (T & )r; r}es_9*~Z
} YC')vv3o(
} ; (~o"*1fk>
M[~{!0Uz
g
这样的话assignment也必须相应改动: P;o{t
JsNj!aeU%
template < typename Left, typename Right > *5.wwV
class assignment NyT%S?@y<
{ @HPr;m!
Left l; heL`"Y2'y>
Right r; IT{c:jo1{`
public : FzcXSKHV%
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 0|.jIix;
template < typename T2 > I;-Y2*
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } oyr b.lu/
} ; QkC*om'/!
o$eCd{HuX
同时,holder的operator=也需要改动: ;mT}Q;F#
q/@+.q
template < typename T > 3UaW+@
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const qZ'2M.;
{ qxDMDMN
return assignment < holder, T > ( * this , t); wN58uV '
} Hy1$Kvub
AH :uG#
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。 QS!Z*vG
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 yQMwt|C4
"[!b5f3!I
return l(rhs) = r; 'tY(&&
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。 !Ve0 :$
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类:
EQ ee5}
1Acs0`3
template < typename Tp > tsL
; wT_
class constant_t l
_%<U
{ ^8_yJ=~V
const Tp t; n1{[CCee@
public : i@.Tv.NZ
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 4>i\r
template < typename T > =\|,hg)c
const Tp & operator ()( const T & r) const ?&;_>0P
{ =PciLh
return t; "~0`4lo:Xo
} -fk;Qq3O
} ; '?| 1\j
+Wg/O
-
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。
`YC7+`q
下面就可以修改holder的operator=了 | bRU=dg
cz1 + XpU
template < typename T > X!K> .r_Dg
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const `(h^z>%
{ nAWb9Yk
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Te
L&6F$
} 1P(=0\P>&
{'tfU
同时也要修改assignment的operator() "WuUMt
mjWU0.
template < typename T2 > xi(1H1KN5B
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 'fl< ac,.
现在代码看起来就很一致了。 RSh_~qMX
OPDT:e86Y=
六. 问题2:链式操作 !5(DU~S*@S
现在让我们来看看如何处理链式操作。 4pf@.ra,
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。 0t%]z!
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。 e}1Q+h\
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。 p|.5;)%|
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Jh 0Grq
5RN!"YLI3
template < typename T > 84.L1|k
struct result_1 Mq)]2>"v
{ #WSqh +
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; l;0([_>*j
} ; CTW\Dt5
i7-~"g
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: 'z5jnI
O^`EuaL
template < typename T > 0S$k;q
struct ref ];hqI O#nM
{ HzGwO^tbK
typedef T & reference; (O4oIU
} ; _\X ,a5Un
template < typename T > sdZ$3oE.
struct ref < T &> BP@tI|
{ 0|FxSc
typedef T & reference; x
C&IR*
} ; zplv.cf#q
:vb5J33U
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: }W8A1-UF
B6
(\1
template < typename T > 0>Snps3*Z
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const .)b<cH~%
{ Sp5:R75vI
return l(t) = r(t); 5m0\ls\
} H5x7)1Ir|
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 Kh\ 7%>K#
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 UgGa]b[9A
L? DlR hu
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 9=ygkP Y
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: B223W_0"o
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 (l^7EpNs
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 KhfADqji|
最后的布局是: JE-*o"&
Add P M [_0b
/ \ NplyvjQN;
Divide 5 &M}X$k I
/ \ ]nUr E6
_1 3 g~y0,0'j1\
似乎一切都解决了?不。 ~^' ,4<K-}
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。 F]yB=
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。 !92e$GJ} ;
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/S.sj~
y|ZL<L
template < typename Right > #j~FlY5
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const
Fn@`Bi?#q
Right & rt) const NSz}
{ oL@ -<;zKO
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); T<pG$4_
} w-pgtO|Us
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 \t7yH]:>@
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 !6'N-b1
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 Dhn7N8(LF!
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 nUP, Yd
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 d=xjLbsZ
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? ^7spXfSAd
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: a{T.U-0
&|Duc} t
template < class Action > ?"9h-g3`x}
class picker : public Action Lmte ~oBi
{ *yRsFC{,
public : Dm)B? H"
picker( const Action & act) : Action(act) {} C12UZE;
// all the operator overloaded 7?=^0?a
} ; xc#t8`
pr#%VM[':R
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 M9W
zsWM
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: r&E gP
=%7drBo D
template < typename Right > MT&aH~YB
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const |X8?B=
{ k)n
b<JW|r
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 6#+&/ "*
} |ky40[C
~JXz
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 2xLtJR4L
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 cb9-~*1
?.VKVTX^
template < typename T > struct picker_maker 4[$:KGh3
{ T o["o!(;z
typedef picker < constant_t < T > > result; }d?;kt
} ; GJ*IH9YR
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > O% T?+1E
{ 1<BKTMBq?{
typedef picker < T > result; Dds-;9
} ; UN.;w3`Oc
* hs&^G
下面总的结构就有了: (+|+ELfqW
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。 5I2,za&e
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。 src9EeiV
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 oFU:]+.+D
至此链式操作完美实现。 27D*FItc
g3$'Ghf
=
J;I5:J
七. 问题3 x
7by|G(
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 ^w^e~0
S
<!sLfz?
template < typename T1, typename T2 > @Ul3J )=m
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const MQ!4"E5"j
{ 6j|Ncv
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 05LkLB
} n=<c_a)Nb
K<J,n!zc
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: U80=f2
,j*9 )
template < typename T1, typename T2 > i=Qy?aU?
struct result_2 WEj{2+
{ J 4gtm"2)
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; uy
hh"[
} ; ;gZ
^c]\
U4!KO;Jc
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? S oeoUI]m
这个差事就留给了holder自己。 k9x[(
#
RTc@`m3 M
@
8H$
template < int Order > |c/=9Bb
class holder; *-9i<@|(U^
template <> q2EDrZ
class holder < 1 > F=Bdgg9s
{ @Y/&qpo$#W
public : U T\4Xk<
template < typename T > /yG7!k]Eg
struct result_1 12Oa_6<\0;
{ m%[e_eS
typedef T & result; .}\8Y=
} ; *K|~]r(F?
template < typename T1, typename T2 > u}nS dZC
struct result_2 %/Wk+r9uu
{ a}%f+`z
typedef T1 & result; sq2:yt
} ; /2Wg=&H
template < typename T > `7=$I~`
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const AmF[#)90P
{ vu+g65"
return (T & )r; Ah2 {kK
} &gp&i?%X9b
template < typename T1, typename T2 > i{6&/TBnr
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const "UTW(~D'
{ Xq;|l?,O
return (T1 & )r1; \|0z:R;X
} ?/o 8f7Z
} ; w,p'$WC*
FLW VI4*
template <> gQPw+0w
class holder < 2 > QJ XP-
{ 9-pt}U
public : %aNm j)L
template < typename T > <Z%=lwtX
struct result_1 ,\6Vb*G|E>
{ 712nD ?>
typedef T & result; G`FYEmD
} ; I}_}VSG(
template < typename T1, typename T2 > BY~Tc5
struct result_2 vIRT$W' O}
{ >%tG[jb
typedef T2 & result; }:2##<"\t
} ; ^m#tWb)f
template < typename T > T[SK>z
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const )$!b`u
{
5_;-Qw
return (T & )r; kO\ O$J^S
} LI%dJ*-V
template < typename T1, typename T2 > t5+p]7
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const Y1h)aQ5{
{ a?-&O$UHf\
return (T2 & )r2; 6k
t,q0
} zFjz%:0
} ; .P1WY
Yj@Sy
^)-[g
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 T`E0_ZU;
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: ,m{R
m0
首先 assignment::operator(int, int)被调用: i% 1UUI(W
{32m&a
return l(i, j) = r(i, j); 7+P;s,mi7
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) Wq4<9D
?y?9;;
return ( int & )i; I!L J&>
return ( int & )j; ["D!IqI:
最后执行i = j; D&):2F^9.
可见,参数被正确的选择了。 ?h[HC"V/2
{'M<dI$
-Rpra0o.
C
<