一. 什么是Lambda IL*B@E8
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 y
bhFDx
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, Gyq 6?
g(@F`W[
^Hx}.?1
e9{ii2M
class filler 0V:H/qu8>
{ |'h(S|
public : L/i'6(="
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} z@,pT"rb
} ; 1}d
F,e
Va8
}JD
UY3)6}g6
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: ZC?~RXL(
t<45[~[
(Ceru o S
i!a!qE.1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); `NIb?/!f
QTHY{:Rmu
t\M6 d6
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 eC-&.Fl
NNt n
90vWqL!
w!m4>w
二. 战前分析 4|?(LHBD)
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。 1aAOT6h
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 ~O}r<PQ
D_l$"35?
zDvV%+RW)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); $MR1
*_\V
/* --------------------------------------------- */ pr<u
5
vector < int *> vp( 10 ); Cj=R\@
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); <f>77vh0
/* --------------------------------------------- */ Y2L{oQ.C2
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); NfoHQU<n
/* --------------------------------------------- */ MSCH6R"5
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 );
Va?]:Q
/* --------------------------------------------- */ jwI2T$
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Q`k;E}x_-
/* --------------------------------------------- */ &{Z+p(3Gj
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); DGHSyB^+1
c}@E@Y`@w
I'5[8
T\gs
看了之后,我们可以思考一些问题: Fl)nmwOc
1._1, _2是什么? %e:+@%]
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。 EID-ROMO
2._1 = 1是在做什么? F$UL.`X
_/
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。 nvR%Ub x
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。 WO>,=^zPJ
gt8dFcm|s
f#l9rV"@g
三. 动工 ^&;,n.X5Z
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: p*<Jg l
/we]i1-9
-53c0g@X
lat5n&RP Y
template < typename T > n.l#(`($4
class assignment JZ}zXv
{ Q&I #
T value; Uh0g !zzp
public : fq>{5ODO
assignment( const T & v) : value(v) {} |eRE'Wd0
template < typename T2 > "}X+vd``
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } !60U^\
} ; ^li3*#eT
\`y:#N<c
_n:RA)4*
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 >,,`7%Rv
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment qlM<X?
! VT$U6
,#XXwm ^I
huZ5?'/Fg
class holder }k.yLcXM
{ `\@n&y[`7
public : mx)!] B"
template < typename T > Ys.GBSlHG
assignment < T > operator = ( const T & t) const W$X/8K bn
{ azFJ-0n@"
return assignment < T > (t); 0:Bpvl5
} d%I7OBBx@
} ; jwjLxt
[.&JQ
3*Q=)}
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ^zTe9:hz/\
-\p&18K#
static holder _1; or#]
![7N
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 (1cB Tf
2c]751
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); *04}84?:
而不用手动写一个函数对象。 ITl>HlS
>NPK;Vu
r?u4[
Oe#
R1SFMI
四. 问题分析 <b'*GBw$
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。 5$!idfDr|m
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 A3.I|/
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 |(l]Xr&O
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Syseiw
下面我们可以对这几个问题进行分析。 bp/l~h.7W
v6G1y[Wl
五. 问题1:一致性 /&\V6=jA1
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| %AJ9fs4/
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 9{3_2CIL
N?t*4Y
struct holder xtCMK1#
x
{ =p5]r:9W
// f?ycZ
template < typename T > iOIq2&sV
T & operator ()( const T & r) const /pkN=OBR
{ :LB*l5\
return (T & )r; CT_tJ
} N"<.v6Z
} ; O*/%zr
+5I5
这样的话assignment也必须相应改动: }fk3a9j9u
] 7[#K^
template < typename Left, typename Right > Ohgu*5!o
class assignment e}-fGtFx
{ Py#EjF12
Left l; ewT
K2
Right r; z9&j
public : )2wf D
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} L<oQKe7Q:
template < typename T2 > :FU?vh$)
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } F,)+9/S&
} ; QKEtV
wbOYtN Y@
同时,holder的operator=也需要改动: PX?%}~
v
'\d
ldg#P
template < typename T > $bKXP(
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const &c"!Y)%G
{ x6JV@wA&
return assignment < holder, T > ( * this , t); qLX<[UL
} "0nsY E
5m'AT]5Tn_
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 CG@Fn\J
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 @1xVWSF
_#v"sGmN
return l(rhs) = r; {[:C_Up)f
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ID`C
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: _:NQF7X#ug
1yz%ud-l
template < typename Tp > I+twI&GS
class constant_t N;YFr
{ CV^%'HIs?+
const Tp t; 4x-,l1NMR
public : )M"NMUuU"
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} !^y;|9?O
template < typename T > "8uNa
const Tp & operator ()( const T & r) const A0@,^|]
{ |S).,B
return t; 6
%aaK|0
} S?`0,F
} ; Z2g<"M
{*n<A{$[
m
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ?mC'ZYQI
下面就可以修改holder的operator=了 o~y{9Q
XRkUv>Yk
template < typename T > )lt1I\n*k
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ;CS[Ja>e
{ 8Uh|V&
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); mE{QT ZS
} aqqo>O3 s
Oprfp^L
同时也要修改assignment的operator() R!/JZ@au<
C[%&;\3S@
template < typename T2 > ECM#J28D
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } t {1 [Ip
现在代码看起来就很一致了。 Wz R)R9x]
Z@x&
六. 问题2:链式操作 Hci>q`p#
现在让我们来看看如何处理链式操作。 1; kMbl]
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。 n7~3~i`D;
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。 ;xw9#.d#D
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。 ns5Dydo{T
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct HH6H4K3Zj
;c]O *\/
template < typename T > $$0<
&
struct result_1 1TA!9cz0Z
{ &@{`{
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; iNi1+sm
} ; 2P`./1L
ZBY}Mz$
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: [cEGkz
8/)q$zs
template < typename T > (JdheCq!x
struct ref $1d{R;b[
{ FdnLxw
typedef T & reference; !.V_?aYi8
} ; *Uy>F[%@
template < typename T > )$f?v22
struct ref < T &> Brs}
{ v_%6Ly
typedef T & reference; {U3jJ#K
} ; 3"0QW4A
X1oR
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 4mp)v*z
mM/#(Ghl
template < typename T > avG#0AY
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const B[8RBTsA
{ bL0]Yuh
return l(t) = r(t); $X.F=Kv
} N`N=}&v ]
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。 MU] F'6V
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 $?:IRgAr
d72
yu3
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 :&z!o"K
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: t W
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 6OC4?#96%'
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 5"U5^6:T
最后的布局是: hTby:$aCg
Add (?XIhpd
/ \ .':17 $c`H
Divide 5 d@JavcR
/ \ a>8]+@
_1 3 &l{ctP%q
似乎一切都解决了?不。 +YCWoX2
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ~KGE(o4p
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 t*BCpC}
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: <daH0l0
ZZ!6O /M
template < typename Right > q(s0dkrj
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ?_S);
Right & rt) const mpDxJk!
{ yl' IL#n]r
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); -2U|G
} V+0pvgS[
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 }L{GwiDMDl
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 v)K|{x
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 cqZlpm$c
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。 UiK)m:NU
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。 (]fbCH:
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? ~U8#yo
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: ?5pZp~
Pa|*Jcr
template < class Action > MM@&Q