一. 什么是Lambda vZ$uD,@;.
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 [4(TG<I
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, [#uX{!q'
F]SexP4:A
--.: eFE/
MT;<\T
class filler Q_LPLmM
{ IN`05 Q
public : U*v//@WbH
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} }=7tGqfw
} ; &bnF{~<\
7P!/jawxb
u[PO'6Kzd
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: WB$Z<m:
jcFh2
]?mWnEi!z
QoI@/
jLj
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); :NS;y-{^^y
MdZ7Yep
mNm
8I8
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 56&s'
N;RZIg(x
HIi"zo=V
&=t$
AIu
二. 战前分析 BI,K?D&W-
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。 7f[nNng
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 #`v`e"
"t`r_Aw
~F>oNbJIv
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); kzgHp,;R{
/* --------------------------------------------- */ )v8;\1`s:
vector < int *> vp( 10 ); #j iQa"
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); c3i|q@ k
/* --------------------------------------------- */ M_$pqVm
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Lg_y1Mu7o
/* --------------------------------------------- */ Hfm4
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); +z;xl-*[
/* --------------------------------------------- */ +6uun
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 44RZk|U1J{
/* --------------------------------------------- */ mmr>"`5.
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ,LWM}L
S1E2E3
3 +BPqhzf
x-CYG?-x
看了之后,我们可以思考一些问题: "op1x to
1._1, _2是什么? htlsU*x
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。 ,N<;!6e
2._1 = 1是在做什么? / D#vs9S
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。 241YJ
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。 SU2(XP]5
M+)%gnq`u
QH~/UnV
三. 动工 $:/y5zi
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ^ yH|k@y
NQ@ EZoJ
T?^AllUZQR
aW4 tJN%!
template < typename T > o(C({]UO/
class assignment WO^smCk
{ ./J.OU1
T value; OQW#BBet@
public : 1\kOjF)l
assignment( const T & v) : value(v) {} 6<sB
template < typename T2 > dq"b_pr;
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } X
f!Bsp#\g
} ; (3c,;koRR
52wq<[#tK
dSk\J[D
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ^?&Jq_oU
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment :]=Y1*L\)
-md2Z0^ Kc
W q F(
;QREwT~H
class holder zu^?9k
{ pk: ruf`)
public : 8y~
Jn~t
template < typename T > \QHe 0?6
assignment < T > operator = ( const T & t) const '1=/G7g
{ 0f;L!.eP
return assignment < T > (t); %jKR\f G
} @Eqc&v!O
} ; /=,^fCCN
roj/GZAy"
m5{Y
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: Nz*qz"T
;wJLH\/
static holder _1; DtXXfp@;
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写
Rj+}L ~"
G*\wu&7!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ~;wSe[
而不用手动写一个函数对象。 1K09iB
ElqHZ$a?
3f
eI
[M@i,d-;A
四. 问题分析 >`'#4!}G5j
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。 ZV_mP'1*
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。 RvYew!n
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 0wAZ9AxA{
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ~k|~Q\
下面我们可以对这几个问题进行分析。 dH#S69>
=qCVy:RL4
五. 问题1:一致性 [3t
N-aj[
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?| Drk9F"J
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 mrE^D|
|KplbU0iC
struct holder TjgX' j
{ b;9v.MZ4>g
// 7{v0K"E{
template < typename T > @T?:[nPf&F
T & operator ()( const T & r) const R4E0avt
{ K34ca-~
return (T & )r; ;# {XNq<1
} [WY
NA-O
} ; J);1Tpm
Rk2ZdNc\
这样的话assignment也必须相应改动: ]/JE#
A9p$5jt7
template < typename Left, typename Right > A6q,"BS^d
class assignment f.V0uBDN
{ qaG%PH}a
Left l; jR}h3!
Right r; 1#aOgvf
public : &tLg}7?iB
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} fnL!@WF
template < typename T2 > 1S
0GjR
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } FL(gwfL
} ; isQ{Xt~K
X7NRQ3P@
同时,holder的operator=也需要改动: x>&1;g2r
TnPd pynP
template < typename T > azF"tke
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const oopTo51,a
{ Vy-H3BR
return assignment < holder, T > ( * this , t); s@^GjA[6+
} o=w&&B
PKwHq<vAsB
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。 PX\}lTJ
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ;G;vpl
3L=vsvO4
return l(rhs) = r; 2ZNTg@o
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(@8
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: MfCu\[qOz
/<zBcpVNV
template < typename Tp > n KDX=73
class constant_t Il~ph9{JH
{ 9)aXLM4Y
const Tp t; Ocx=)WKdW
public : uAK-%Uu?
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 6H.D`"cj
template < typename T > X<,sc;"b`k
const Tp & operator ()( const T & r) const OHp 121
{ ra_`NsKF}
return t; ^0~?3t5
} Zhz.8W
} ; 7! <cU
Z-Bw?_e_K
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 e,`+6qP{
下面就可以修改holder的operator=了 r}D`15IHJ
wH{lp/
template < typename T > c 6E@+xU
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const /bfsC&
3
{ KB*[b
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); #E{OOcM
} 1wE~dpnx
@~QW~{y
同时也要修改assignment的operator() 'u_'y
fCO!M1 t
template < typename T2 > QmbD%kW`3
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } b==<7[8
现在代码看起来就很一致了。 Q4CxtY
q:J,xC_sF(
六. 问题2:链式操作 4=*VXM/
现在让我们来看看如何处理链式操作。 NnrX64|0
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。 jP@H$$-=wH
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。 1 /7H` O?
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。 )Qp?N<&'
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct @e$zEj5
!;zacw
template < typename T > X/2Xr(z"k
struct result_1 {xr4CDP
{ LPO3B W
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; uDQ
d48>
} ; uJF,:}qA
3MNo&0M9
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: ]*ZL>fuD|
,%v
template < typename T > ASR"<]
struct ref i/-Xpj]Zf
{ *D*K`dk
typedef T & reference; VISNmz2P
} ; Vyu 0OiGcR
template < typename T > h+t{z"Ic=
struct ref < T &> iN<&
{ pRPz1J$58
typedef T & reference; Y.[^3
} ; $-jj%x\}
<M7@JgC &
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: EAj2uV
^qS[2Dy
template < typename T > T$0//7$')
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const bkLm]n3
{ [fxAj]
return l(t) = r(t); PG&@.KY
} y9pQ1H<F;
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。 /".+OpL
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 @m1v B!
x AkM_<
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 BqCBH!^x
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: j:O=9
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 5?kF'yksR
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 @Zjy"u
最后的布局是:
jiC;*]n
Add daGGgSbh
/ \ u"?cmg<.1
Divide 5 |Y0BnyGK
/ \ )0yY|E\
_1 3 ]Tx8ImD#)A
似乎一切都解决了?不。 7K
{/2k
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。 M_Z*F!al<
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。 FC.y%P,
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: ?UcW@B{
z,X
^;
template < typename Right > ?h<I:[oZ
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const :PY~Cws
Right & rt) const 6AUXYbK,
{ (C!u3ke2D
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); UqsVqi
h(
} O-U_Zx0zd
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 )o
SFHf
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。 >]&LbUW+
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。 g(;t,Vy,I
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。 x5c
pv
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。 rgRh ySud
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? fY}e.lD
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: D ( <_1
RI')iz?
template < class Action > u;F++$=
class picker : public Action 13'tsM&
{ 05TZ
public : gX{V>T(<
picker( const Action & act) : Action(act) {} ]$EKowi
// all the operator overloaded 38>8{Ma
} ; f]h99T
CTD{!I(
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。 I'`Q_5s5
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: .o]vjNrd/
*QG>U [
template < typename Right > cW/RH.N
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const BikmAa
{ 6*A
S4l
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); "c\ZUx_i6
} !BIq>pO%Ui
OU]!2[7c
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > so9h6K{qcp
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。 W&;X+XA_W
MV-fDqA(
template < typename T > struct picker_maker 5$`i)}:s
{ #6 e
typedef picker < constant_t < T > > result;
|4\.",Bg
} ; G;Q)A$-
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 9} :n
{ )U6T]1
typedef picker < T > result; $"!"=v%B
} ; Zh)Qq?H
$Dxz21|P7
下面总的结构就有了: h:Q*T*py
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。 isLIfE>
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。 eRWTuIV6
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 PB.@G,)
至此链式操作完美实现。 <*i
'
1ZJP.T`
^.&