一. 什么是Lambda pyw]ydB
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 V7 OhOLK8
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, \sn
wR
O#_\@f#[
c9ye[81
ge#0Q L0K
class filler /4I9Elr
{ "F[e~S#V*
public : #x+7-hi
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} *Uw" `l
} ; gB<1;_KW
m2a[E0
Kj7
?_o{
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 '<0
X :#}E7]j
P7 h^!a/
6:Hd `
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); %zKTrsMZ
`_iK`^(-
" k0gZb
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 j'uzjs[
]\1H=g%Ou
cy64xR BB
Qef5eih
二. 战前分析 6ys|'<?
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。 6vfut$)[{
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 2RU/oqmR
`t7z
LC^c
csFLBP
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); -5b#w"^w^
/* --------------------------------------------- */ 'u#c_m!9
vector < int *> vp( 10 ); 5oe{i/#di
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); F2>W{-H+
/* --------------------------------------------- */
\4j(el
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); kp-`_sDg
/* --------------------------------------------- */ g_3Ozy
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 3dx.%~c
/* --------------------------------------------- */ WCYVon bg"
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ?!.L#]23f
/* --------------------------------------------- */ $ba*=/{[q
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); #[&9~za'"m
.wO-2h{Q
s-4qK(ml-
?>1wZ
看了之后,我们可以思考一些问题: )GfL?'Z
1._1, _2是什么? lMmP]{.>$
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。 2c'<rkA
2._1 = 1是在做什么? RGLJaEl !
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。 $3S`A]xO
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 BZa`:ah~x
kpRk.Q*
F@KtRUxE
三. 动工 *^iSP(dg
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ><C9PS@
,*sKr)9)
-nZDFC8y$
q26qY5D
template < typename T > vW0U~(XlN
class assignment 1 XpqnyL&
{ Ml,in49
T value; ( m7qc
public : On(.(7sNc
assignment( const T & v) : value(v) {} yJ>Bc
template < typename T2 > hT%
>)71
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ,E8g~ZUY9
} ; .dn#TtQv
)=!|^M
/ <+F/R'=O
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 %NcBq3
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ny0]Q@
`*xSn+wL`_
lSy_cItF
" eS-i@
class holder Z?qc4Cg
{ 9RC:-d;;_
public : FjW%M;H
template < typename T > :|-^et]a8
assignment < T > operator = ( const T & t) const I/zI\PP,
{ #@F
return assignment < T > (t); R ^"*ut
} @o&UF-=MW(
} ; Ev T"+;9/p
Pk6_ 1LV
R8Dn
GR
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: 0S\HO<~k
)>N=B 2P
static holder _1; lI3d
_cU
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 p::`1
@vO~'Xxq!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Hn]6re
而不用手动写一个函数对象。 6ZQ$5PY
P)[QC
WHr:M/qD
v?o("I[ C
四. 问题分析 lr[&*v?h
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 gu1n0N`b
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 !N/?b^y
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 \*#E4`Y
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ]{AHKyA{:
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ~7H?tp.Dw
X=VaBy4#
五. 问题1:一致性 4rypT-%^ ;
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| GXR7Ug}k
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 9 LUk[V
+WvW#wpH
struct holder GPAz#0p
{ ?Hbi[YD
// ,]4.|A_[Rq
template < typename T > U\q?tvn'J
T & operator ()( const T & r) const kZQ$Iv+^(
{ .VkLF6
return (T & )r; xw3A |Aj?r
} XeozRfk%J|
} ; R7Ns5s3X
\r}*<CRr6
这样的话assignment也必须相应改动: ;n b>IL
}b>e
lz
template < typename Left, typename Right > V_9>Z?
class assignment a61?G!]
{ Q[bIkvr|
Left l; }S9uh-j6l
Right r; h=_h,?_
public : _2eL3xXha.
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Ifj%" RI
template < typename T2 > !<^`Sx/+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } |RI77b:pX
} ; {'Gu@l
J|b:Zo9<f"
同时,holder的operator=也需要改动: >H?~2O
=@k3*#\
template < typename T > 6K5KkEp
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const `(L<Q%
{ e(k$k>?
return assignment < holder, T > ( * this , t); WhL1OG
} LESF*rh=
}J:WbIr0!
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。 5G#K)s(QC
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 NAfu$7
0>0:ls
return l(rhs) = r;
(<#Ns W!z
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。 I`}x 9t
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ~wd~57i@
RH<C:!F^
template < typename Tp > nb|"dK|
class constant_t 7h.:XlUm|
{ Zx,aj
const Tp t; y{\(|j
public : }{e7wqS$&,
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} +isaqfy/
template < typename T > ]TKM.[[
const Tp & operator ()( const T & r) const Vt
U
{ 'p(I!]"uo
return t; }UHoa
} B9h>
} ; S?m4
.:jfNp~jt
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 [u`9R<>c"U
下面就可以修改holder的operator=了 FZtILlw
cH$Sk
template < typename T > _:9-x;0H2
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const "zN]gz=OV>
{ )IZ~!N|-w
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); vM2\tL@"
} J Y@x.?N5$
s)|l-I
同时也要修改assignment的operator() O:G-I$F|
{~:F1J~=
template < typename T2 > 3mM.#2=@>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } atWAhN
现在代码看起来就很一致了。 XWFuAE
]#oqum@Yf1
六. 问题2:链式操作 (#k2S-5
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Ic&Jhw;]z
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 #-u?+Nk/
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 S#,
E)h/
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 f<G:}I
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct )haHI)xR
*G0r4Ui$
template < typename T > -* ;`~5
struct result_1 #$9rH
2zd
{ @Y2&v956
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; KwuNHK)-
} ; YNi3oG]h
H">
}yD
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: k ihO~<
EJ3R{^
template < typename T > %z:;t
struct ref [Lo}_v&
{ [-Dl ,P=
typedef T & reference; t Sf`
} ; /h'b,iYVV
template < typename T > 4d0<uB&v'
struct ref < T &> >T<"fEBI
{ i&?do{YQ)
typedef T & reference; s*DDO67\W
} ; Zcn,_b7
675x/0}GO
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: FucLcq2Z
hkL[hD
template < typename T > 8TnByKZz
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const +Ss|4O}'
{ W:16qbK
return l(t) = r(t); j/xL+Y(=
} ,HdFE|
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 <C_FI` wk
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 #wZ:E,R
sx0:g?F3j
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 YEx76
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: =1"8ua
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 O{9h'JU
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 (_ElM>
最后的布局是: U8(Rye$
Add \'40u|f
/ \ &~7b-foCq
Divide 5 5? s$(Lt~
/ \ (U |[C*
_1 3 vWwnC)5
似乎一切都解决了?不。 <j.bG 7
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 oA&V,r
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 6Hn3
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: !%?X% @9
WeTs va+
template < typename Right > &` u<KKF6
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ToN$x^M
w
Right & rt) const dZ7+Iw;m
{ ^.J
F?2T/
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); O9k9hRE]z
} aMFUJrXo
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ~sQN\]5VW
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。 wKCHG/W
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。 y$At$i>u
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。 XY8s \DK
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? \@4_l?M
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: 5"5D(
( {H5k''
template < class Action > B;?"R
class picker : public Action (Ia} ]q
{ ,"u-V<>6O
public : gHC -Y 0_
picker( const Action & act) : Action(act) {} wNW9xmS
// all the operator overloaded \dbjh{
} ; 8_K22]c5
Q+[e)YO)
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。 RTNUHz;{L
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: ]cnLJ^2
XnQo0
R.PW
template < typename Right > 0f
1Lu)
2
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const pCNihZ~
{ M ,8r{[2
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); D!~-53f@
} ;jTP|q?|{
hp}J_/+4n
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > @U%I 6 t
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。 5[M?O4mi
Ak$ghb
template < typename T > struct picker_maker V$+xJ m
{ jl=<Q.Mm7
typedef picker < constant_t < T > > result; 5o5y3ibQ
} ; /GNRu
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > +'?p $@d
{ :xfD>K
typedef picker < T > result; (KHTgZ6
} ; 9/MUzt
E{d Mdz
下面总的结构就有了: oQ 5g0(J~
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。 *tjE#TW
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。 Xz0jjO,
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 A?3hNvfx
至此链式操作完美实现。 >'/G:\M>A
y5.Z <Y
G|yX9C]R
七. 问题3 Mu18s}
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。 glh2CRUj
"';'*x
template < typename T1, typename T2 > zqqpBwk#
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 5,'?NEyw
{ [SgP1>M
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); r:y*l4
} 86~HkHliv
/!UuGm
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: 'z2}qJJ)
UnZ*"%
template < typename T1, typename T2 > }.7!@!q.
struct result_2 (
=->rP
{ PEoOs
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; !J[3U
} ; gy _86y@
8<k0j&~J
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? J1Mm,LTO
这个差事就留给了holder自己。 jcN84AaRFI
@?{n`K7{`
Pv`yOx&nE
template < int Order > 5B
.+>u"e
class holder; Nm#VA.~
template <> $g
_h9L
class holder < 1 > `|i #)
{ ` &|Rs
public : z?h\7
R
template < typename T > x$AF0xFO
struct result_1 qJFBdJU (1
{ O%A:2Y79
typedef T & result; Nc[>CgX"@
} ; LS4c|Dv
template < typename T1, typename T2 > oDx*}[/
struct result_2 +GgWd=X.Y
{ r~u/M0h `
typedef T1 & result; 3`J?as@^8
} ; @h([c
template < typename T > NDU,9A.P
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const
C+,;hj
{ #18H
Z4N
return (T & )r; m1VyYG
} ,Vt7Kiu
template < typename T1, typename T2 > ' G-]>
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const c}Y(Myd
{ Rs{L
return (T1 & )r1; Qwk
} oKz|hks[6
} ; Uq~{=hMX
|h*H;@$
template <> (}"r 5
class holder < 2 > vAq`*]W+
{ $uawQf+S
public : D<#+ R"
template < typename T > w]UYD;f
struct result_1 Mvrc[s+o
{ F^IYx~:
typedef T & result; C!B2.:ja
} ; -Uq I=#
template < typename T1, typename T2 > LCRreIIgZ
struct result_2 @W=#gRqQPy
{ xqO'FQO%
typedef T2 & result; RERum
} ; ;)5d
wq
template < typename T > hv}rA,Yd
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const #wNksh/J^
{ q*Yh_IT.I
return (T & )r; AASw^A3p
} z*YkD"]B
template < typename T1, typename T2 > %z J)mOu
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const NM/?jF@j*
{ 5Qo\0YH
return (T2 & )r2; ~LuZpV
} IBf&'/ 8\
} ; rv&(yA
S$+vRX7
,4jkTQ*@2
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> >。 wZh&w<l'
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: @xmO\
首先 assignment::operator(int, int)被调用: ['sj'3cW-
qWHH%
L;
return l(i, j) = r(i, j); /0d_{Y+9
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) vO%n~l=
V
z8o
return ( int & )i; _,=A\C_b@
return ( int & )j; ,<zGvksk
最后执行i = j; {tV)+T
可见,参数被正确的选择了。 %8>s :YG
4g b2$" !
&kHp}\
J i :2P*
VD;Ot<%
八. 中期总结 x
%L2eXL
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: k8F<j)"
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 I0(BKMp&