一. 什么是Lambda G3de<?K.[V
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 #,rP1#?
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, K=!?gd!Vw
!&Us^Q^
\D}$foHg
4
zipgw
class filler A|BN>?.t
{ WmZ,c_
public : ]VK9d;0D
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} xO;Qr.3PX
} ; N#7_)S[@0l
Rlx
KL8WT6!RZ
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: qnf\K}
bs_rw+
Sigu p#.p
!4mAZF
b
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); |@*
A9M/n^61
RJLhR_t7n
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 #oEq)Vq>g|
(eO_]<wmky
q4ej7T8
H]>7IhJ
二. 战前分析 e[t1V/ah
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。 ]C$$Cx)Ex
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/D7\02
z.
xRJ
1DM$FG_Z-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ^%Fn|U\u
/* --------------------------------------------- */ d4A3DTW
vector < int *> vp( 10 ); zM<yd#`yt8
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ]d,#PF
/* --------------------------------------------- */ R!7a;J}
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); d$v{oC}
/* --------------------------------------------- */ 8:}$L)[V
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 );
3vF-SgCV
/* --------------------------------------------- */ N"/be
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); =N{-lyr)
/* --------------------------------------------- */ R5'_il
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); k1M?6TW&
t:qPW<wc
S-G#+Ue2
Z n]e2
看了之后,我们可以思考一些问题: t[x[X4
1._1, _2是什么? 8Nxyc>8K~
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。 jp+#N
pH
2._1 = 1是在做什么? `/eh
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。 K<7 Db4H
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。 4t0-L]v4.*
j0IuuJ+
;q" ,Bs
三. 动工 >
V%3w7
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: &^@IAjxn
r;OE6}L>
j:'!P<#
r2>y
!Q?
template < typename T > \DRYqLT`
class assignment O<6!?1|KP
{ ~aRcA|`
T value;
B,RHFlp{
public : ~n!7 ?4%U
assignment( const T & v) : value(v) {} C~:!WRCz
template < typename T2 > e+P|PW
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } )lB*]
n`Z]
} ; _JXb|FIp
9/LJtM
B<?fD
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 >?0 f>I%\
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment D_Cd^;b
/S)&d N`
i@`T_&6l
zd#/zUPI
class holder hOF>Dj
{ 0Kenyn4 ?
public : &\s>PvnquX
template < typename T > n"Q fW~ U
assignment < T > operator = ( const T & t) const [:C!g#o
{ ^tFgkzXm
return assignment < T > (t); YM]ZL,8
} 7(bE;(4
} ; 3Ho<4_I,
6d|%8.q1
>,%7bq=T!
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: .%N*g[J
NuKx{y}P
static holder _1; oi}\;TG
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 vt-53fa|
b-,]21
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); F6\r"63
而不用手动写一个函数对象。 'aW<C>
E>6:59+
'Z(4Wuwb
=8)q-{p3
四. 问题分析 R^F\2yth-
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。 WL5!H.q
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。 D^W?~7e^r
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 I@9k+JB
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 OM
5h>\9
下面我们可以对这几个问题进行分析。 haMt2S2_B:
za@`,Yq
五. 问题1:一致性 {BKr/) H
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?| H&zhYKw
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 9oA.!4q
XDi[Iyj
struct holder ZICcZG_y
{ {,rVA(I@
// f;
1C)
template < typename T > kKg%[zXS
T & operator ()( const T & r) const g>*t"Rf:
{ y*Wl(w3
return (T & )r; E-q*u(IW
} z!6:Dt6^
} ; b bO1`b-
N/fH% AtM
这样的话assignment也必须相应改动: t'0dyQ%u
4?{e?5)
template < typename Left, typename Right > 7T3ub3\
class assignment +#! !
'XP
{ +e%U6&l{
Left l; q^hL[:ms#
Right r; <e&*Tx<8
public : !xxu~j^T
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} v/yt C/WH"
template < typename T2 > R83Me#&
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } p4OiCAW;
} ; m*S[oy&
&% \`Lwh
同时,holder的operator=也需要改动: ^.9I[Umua
Y SE6PG
template < typename T > 7!E?(3$#"
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const U:.
{ X4R+Frt8
return assignment < holder, T > ( * this , t); }6Uw4D61
} 'M#'BQQ5
|VL(#U
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。 IL]VY1'#
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ^#4?v^QNh
?#LbhO*
return l(rhs) = r; VfiMR%i}
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。 NN9`jP2
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: H `V3oS~}
^3L6mOoA
template < typename Tp > V3u[{^^f
class constant_t ~e<v<92Xu
{ a9GLFA8Vq
const Tp t; p ft6
@'q
public : |[VtYV _{
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} hd2 X/"
template < typename T > N}3$1=@Y
const Tp & operator ()( const T & r) const bVc;XZwI
{ |&t 2jD(
return t; v@0lTl_
} 0/."R;
} ; ;_lEu" -
j:9kJq>mv
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 < g<Lf[n$
下面就可以修改holder的operator=了 ji[O?
_/_1:ivY8
template < typename T > |6pNe T[
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ec4jiE
{ d4#Q<!r
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); I9`R LSn
} Oop;Y^gG}
<<da TQV
同时也要修改assignment的operator() H3"[zg9L:a
/QsFeH
template < typename T2 > ^ )Lh5
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } o AkF
现在代码看起来就很一致了。 zOpl#%"
L$GhM!c
六. 问题2:链式操作 Fs_umy#
现在让我们来看看如何处理链式操作。 M[ (mH(j
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。 oOhm`7iy
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。 e4V4%Qw
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。 AT:T%a:G?
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct >69+e+|I
$Wy7z^t
template < typename T > nz|;6?LCLY
struct result_1 NW`.RGLI<
{ q9RCXo>Y+1
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; d]OoJK9&&
} ; bc"E=z
^IxT.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: B8^tIq
,*2%6t`N?
template < typename T > UlHRA[SCv
struct ref zv]-(<B
{ 0}YR=
typedef T & reference; Rla4XN=mf
} ; ~EIY(^|py
template < typename T > &X
+Qi
struct ref < T &> ?gb"S,
{ kyQ%qBv ^
typedef T & reference; Tw{H+B"uVz
} ; ,# 1ke
<_02)6j
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: J<Wz3}w6
EdA_Hf
template < typename T > #dDsI]E)
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const fv!l {
{ ujZki.x
return l(t) = r(t); ,|_ewye
} :z%vNKy1
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。 &+-ZXN
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 S<f&?\wK=v
w~EXO;L2
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= -u89]
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: mf'N4y%
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 oh`I$
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 `e0U-W]kF
最后的布局是: sB_o
HUMH6
Add !ZbNW4rIP
/ \ n37C"qJ/i
Divide 5 ]<q{0.
/ \ $V~r*#$.
_1 3 kx'ncxN~
似乎一切都解决了?不。 &J_|P43
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。 z 12[vN
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。 hi>Ii2T
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: .
({aPtSt!
l^ni"X
template < typename Right > GBvB0kC) c
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const VuwBnQ.2k
Right & rt) const 5M{N-L_eC
{ lph3"a^
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); -[s*R%w
} 0k>NuIIP
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 J={$q1@lq
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。 [] 0`>rVq
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。 !o*BRR*
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。 a
J[VX)"J
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。 n<Z;Xh~F
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? )$yqJ6y5
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: qFW-
~T
^aDos9SyV
template < class Action > c6s*u%+},
class picker : public Action "uCx.Q9ef
{ +DM+@F
public : B_M)<Ad
picker( const Action & act) : Action(act) {} .G1NY1\
// all the operator overloaded jHBn^Nly
} ; 7|T<dfQk
%96JH
YcX
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。 {$>*~.Wu
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: OekcU%C
-:m;ePK
template < typename Right > 4QK([q
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const +H_Jr'/
{ X#5dd.RR
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); _< 69d
} "*#$$e53A
[X)+(-J
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > A,MRK#1u
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。 GC H= X
.txgb
template < typename T > struct picker_maker jt
tlzCDn
{ <8!mmOK1
typedef picker < constant_t < T > > result; e>1^i;f
} ; J$&!Y[0
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ]1%H.pF
{ }f^r@3Cb3
typedef picker < T > result; eGvHU ;@
} ; 9#/z[!
<!K2xb-d^
下面总的结构就有了: Y:G6Nd
VFM
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 B8Jev\_
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 0gHJ%m9s
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 w@.E}%bwq
至此链式操作完美实现。 A2Rr*e
b0x9}
Xgd!i}6Q
七. 问题3 {8Hrb^8!
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 wlC_rRj~
1@E<5rp o
template < typename T1, typename T2 > {{f%w$r(
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const LcE!e%3
{ }@4m@_gR?
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); }0?642 =-
} +KDB^{
I5Foh|)
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: O9A.WSJ
>}
d4[M{LSl
template < typename T1, typename T2 > 0Apdhwk~
struct result_2 @pY AqX2
{ )#T(2A
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ]&yO>\MgJB
} ; (E&}SI~
'\l(.N
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? k5xzC&
这个差事就留给了holder自己。 6"[`"~9'V
E92dSLhs5
<y6M@(b
template < int Order > :r:5a(sq
class holder; o9#
template <> -&M9Yg|Se
class holder < 1 > nmc=RK^cM
{ :De}5BMy
public : Z5[ t/
template < typename T > hBz~FB];&
struct result_1 )1lR;fD
{ +G?4Wc1
typedef T & result; h;^h[q1'
} ; 9O?.0L
template < typename T1, typename T2 > /^DDU!=(<
struct result_2 {]]nQ
{
qeBfE
typedef T1 & result; @?3u|m |Z
} ; (#eB%
template < typename T > Bg"b,&/^u
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const @YU}0&