一. 什么是Lambda Tkf
JC|6
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ym.:I@b?6
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, >%{H>?Hn
qrZ*r{3
1^_V8dm)
#Z>EX?VS:
class filler vo JmNH
{ n/jZi54gO
public : l0-zu6iw
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} hk.Zn.6A'
} ; \:@yfI@
~s4o1^6L
yTwtGo&
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: ;j^C35
(n0h#%
bfl%yGkd/|
#<EMG|&(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); N497"H</
L>.*^]
)CM3vL {
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 }Z Nyd
J.^%VnrFO9
$:D-dUr1
NT&skrzW
二. 战前分析 eUeOyC
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 0JS#{EDh+
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 .tH[A[/1 a
|\k,qVQ
lbUUf}
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ~![J~CkPS
/* --------------------------------------------- */ g6p:1;Evf
vector < int *> vp( 10 ); LOX}
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 3yp?|>e
/* --------------------------------------------- */ ,ctm;T1H+
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); nTQ&nu!
/* --------------------------------------------- */ oW\kJ>!
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); (>a8h~Na
/* --------------------------------------------- */ |];f?1
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); g
r[M-U
/* --------------------------------------------- */ vE<z0l
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); z3l(4W P
c|KN@)A
>3&Oe
-jdhdh
看了之后,我们可以思考一些问题: nXFPoR)T
1._1, _2是什么? a7YzX5n
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Tw0GG8(c
2._1 = 1是在做什么? S&Szc0-|k
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ngI3.v/R
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 rS&"UH?c7
*iwVB^^$
q88;{?T1
三. 动工 }ofx?s}
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: wJ Qm7n-+
+u\kTn
,!7\?=G6}v
!)-)*T
template < typename T > y 13Y,cz~B
class assignment @:%p#$V
{ X5w_ }Nhe
T value; =
iXHu
*g
public : rGIf/=G^r
assignment( const T & v) : value(v) {} Um2RLM%
template < typename T2 > 8K@>BFk1.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } =%Z5"];
} ; |zCT~#
x*7Q
"HwSW4a]
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 $LOwuvu>
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment hy|Yy&-
unD.t
Y6:b
+L
U.QI'
class holder PL|zm5923
{ &w'1
public : e~P4>3
template < typename T > UVlh7w jg
assignment < T > operator = ( const T & t) const b9RJ>K
{ )&vuT
q'7'
return assignment < T > (t); wT>~7$=L{
} cf+EQY
} ; Gr8%%]1!0
v9"|VhZ
Ls6C*<8
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: tTE]j-uT
Zgw4[GpL
static holder _1; /mG-g%gE
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 4H*M^?h\#
,,=VF(@G
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); F_.1^XM
而不用手动写一个函数对象。 ;6}> Shs
;q&uk-
<IO@Qj1*
7KJ%-&L^
四. 问题分析 RaC8Sq7hW
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。 f)1*%zg%
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。 w`I+4&/h
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 dJ.up*aR
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 l8 H8c &
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ?M BOd9
Plj >+XRO
五. 问题1:一致性 X4CiVV
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?| Nh[H[1"J
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ac%x\e$
!uW;Ea?
struct holder 8DkZ@}
{ }fZ~HqS2w
// Aaug0X
template < typename T > C8KV<k
T & operator ()( const T & r) const >XPR)&t
{ $[0\Th
return (T & )r; e7r3o,!
} X:m m<4
} ; }6"l`$=Ev
]]9VI0
这样的话assignment也必须相应改动: SZD7"m4
U8OVn(qV
template < typename Left, typename Right > y<kg;-& 8
class assignment sB0m^Y'
{ %m##i
Left l; "EBCf.3-
Right r; snP]&l+
public : 4ufT-&m};s
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Yy0U2N[i
template < typename T2 > ^G14Z5.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } sspGB>h8l
} ; HdRwDW@7=
zmFS]IOv$
同时,holder的operator=也需要改动: M^{=&
+zf`_1+)U
template < typename T > bFVY&
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Ac'pu,v
{ QYps5zcn
return assignment < holder, T > ( * this , t); qOflvf
} K0|:+s@u
@$1jp4c
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 '.]<lh!
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 K=>j+a5$
"dHo6CT,y_
return l(rhs) = r; y
~Fi
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。 ]fSpG\yU
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 5!BW!-q
T0N6k acl
template < typename Tp > KGGJ\r6
class constant_t xy]oj
{ ko"xR%Q
const Tp t; S8O,{
public : @w(X}q1
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} =1\mLI}@
template < typename T > 8x-(7[#e<g
const Tp & operator ()( const T & r) const ,I
H~
{ +1^L35\@
return t; K%UjPzPWw
} "A0y&^4B@
} ; EFv^uve
#u3E{NB
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 K/_"ybR7
下面就可以修改holder的operator=了 u/ri
{neP{
T1%}H3
template < typename T > yp)D"w4@
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const T(Ji%S>
{ 6?a z
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); +Jm[IN
} )hC3'B/[Y
bX
6uGu
7
同时也要修改assignment的operator() 'EN80+xYX
^].U?t.n)
template < typename T2 > rONz*ly|i
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } yq[.
WPve
现在代码看起来就很一致了。 h]/3doP
_na/&J6
六. 问题2:链式操作 (gIFuOGi>
现在让我们来看看如何处理链式操作。 iUs_)1
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。 Vi>P =i
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。 ez~u A4
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。 q2s=>J';
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 7~);,#[ky
y;_F[m
template < typename T > /x<uv_"
struct result_1 'uF-}_
|
{ g _0| `Sm
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; p_vldTIW
} ; ^Jw=5ImG
>M0^R}v
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: 6}~k4;'}A
)G-u;1rd
template < typename T > y6Ez.$M
struct ref gLg.mV1<
{ WVz2 b zj
typedef T & reference; '}:(y$9.`
} ; a^_W}gzzd
template < typename T > nm_4E8&X
struct ref < T &> pH(X;OC9S
{ Z?'?|vM
typedef T & reference; ev4_}!
} ; E)wf'x
*3s-=.U~
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: f$vU$>+[
F'CJN$6Mw/
template < typename T > nM *}VI
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const <~aKwSF[wW
{ &PMfAo^
return l(t) = r(t); 4iZg2"[D
} &%g$Bi,G
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。 aX*9T8H/
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 p'6XF{
=yoR>llbBC
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 5z\,]
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: bdfs'udt9
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 CIf@G>e-
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 $zF%F.rln
最后的布局是: 8(\J~I[^
Add ;-BN~1Jg
/ \ H@9QEj!Y
Divide 5 w'XN<RWA
/ \ gXU(0(Gq
_1 3 ><xmw=
似乎一切都解决了?不。 qM6hE.J
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 %I{>H%CjE
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 PKC0Dt;F.
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: <P/odpmc
B/o8r4[80
template < typename Right > ,k*%=TF7N
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 2-jXj9kp`
Right & rt) const o7WAH@g
{ 0-;>O|U3
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 2 |JEGyDS-
} q+2A>:|
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 a)c;z@r
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 !0P:G#o-$
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。 C`.eJF
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。 u&[L!w
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。 cd=|P?Bi
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? A{M7
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: @vXXf/
<&g