一. 什么是Lambda }HC6m{vH(
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 6~_TXy/
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, FG[YH5
bQFMg41*w7
Y4.t :Uzr
zPKx: I3
class filler }g\1JSJ%H
{ drc]"6 k
public : 7-u['nFJ
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} q!+&|F
} ; G^Q8B^Lg
C+=8?u<
+^\TG>le
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: 1ehl=WN
i^zncDMA
]&mN~$+C
uO,9h0y0W
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true );
E,nxv+AQ
50l!f7
,-GkP>8f(
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Ja@zeD)f"
wQV[ZfU^h
6bXR?0$*M.
ToVi;
二. 战前分析 WzwH;!
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。 2a3RRP
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 WFTXSHcG
5!pof\/a
NEb M>1>^
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Bl"BmUn
/* --------------------------------------------- */ =KctAR;
vector < int *> vp( 10 ); ra4$/@3n
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 7\?0d!
/* --------------------------------------------- */ iE;D_m.>`O
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2);
!8V
/* --------------------------------------------- */ v.Y?<=E+<d
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ~;#OQ[
/* --------------------------------------------- */ RMfKM!
vE
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); )=vQrMyB
/* --------------------------------------------- */ ".Q``d&X
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); bI_T\Eft
O^+H:Y|
yD-L:)@"
7ZsBYP8%
看了之后,我们可以思考一些问题:
RrG5`2
1._1, _2是什么? 7i$)iNW
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。 sOY+X
2._1 = 1是在做什么? $yA>j (k4
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。 x&kM /z?/
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。 +"i|)yUYy}
&Is}<Ew
&*4C{N
三. 动工 nbECEQ:|B
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: bz1+AJG
Hido[
1YrIcovi-
v,VCbmc
template < typename T > $xK2M
class assignment 'fGB#uBt
{ ip`oL_c
T value; jrl'?`O
public : EL?6x
assignment( const T & v) : value(v) {} h'tb
template < typename T2 > &O:IRR7p
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Yi5^#G
} ; ,L.*95,
@> ]O6P2
lI<Q=gd
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 nbMxQODk
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 3;hztCZj
hN5?u:
Us.")GiHE
~mR@L `"l
class holder pr) `7VuKp
{ !G8=S'~~
public : ?m(]@6qa
template < typename T > s6k@W T?"^
assignment < T > operator = ( const T & t) const fK %${
{ )#H&lH
return assignment < T > (t); L^{1dVGWNa
} e@ mjh,
} ; *:+&SxL
~fV\
X*
^]cl:m=*
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: @X?7a]+;8
U $2"ZyFii
static holder _1; \{8?HjJEM
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ]+
KN9
L*QX21@wC
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); EDA%qNd]j
而不用手动写一个函数对象。 S#{jyU9 ]
<0w"$.K#3
cR*5iqA
2:6W_[7l!
四. 问题分析 :< d.
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。 I0qSx{K
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。 0'QX*xfa>
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 d5z=fH9
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 XsXO S8
下面我们可以对这几个问题进行分析。 <?>1eU%
nc2=S^Fqu
五. 问题1:一致性 RXD*;B$v
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| X>la!}sV
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 UD!-.I]
:Rftn6!
struct holder e2><Y<
{ !2o1c
// [qL{w&R
template < typename T > ~Oc:b>~
T & operator ()( const T & r) const )/y7Fh
{ 3 i;sB
return (T & )r; .DX-biX,
} x@)G@'vV|
} ; JH|]B|3
s;ivoGe}
这样的话assignment也必须相应改动: &}y?Lt
\2c3Nsra
template < typename Left, typename Right > a$AR
class assignment ++=f7yu
{ %4QpDt
Left l; ;}dvc7
Right r; F<+!28&h
public : [X%Wg:K
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Z^[
]s1iP}
template < typename T2 > Img$D*BM
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 4F`&W*x
} ; z|$M,?r'
BI| TM2oa
同时,holder的operator=也需要改动: P{K;vEp
CK"OHjR
template < typename T > tgVMgu
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const .}c&"L;W
{ ]i:_^z)R
return assignment < holder, T > ( * this , t); [2P6XoI#
} N*`qsv0
H,3WdSL`K
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。 0#S#v2r5
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 _m.w5nJ
x>bGxDtu*
return l(rhs) = r; q21l{R{Y
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。 QMhvyzkS
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: PNs*+/-S
Xmm)z
template < typename Tp > 4~K%,K+Du
class constant_t LG+2?+tE"
{ 0 L$[w
const Tp t; KSAE!+
public : ;I/ A8<C
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} I'E7mb<2
template < typename T > {ew;
/;
const Tp & operator ()( const T & r) const 4o<rj4G>
{ N`HiNb
[
return t; [0n[ \&
0
} jcbq#
} ; x:6c @2
5~[m]
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 YvG=P<_xw
下面就可以修改holder的operator=了 TYKs2+S6
9Wv}g"KY0
template < typename T > q|g>;_
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 8CUlE-R5
{ bP Q=88*
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 6E#znRi6IE
} dSI<s^n
7|PB6h3
同时也要修改assignment的operator() Ii&\LJ
RG.wu6Av
template < typename T2 > ]Zz.n5c
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ueyQ&+6r
现在代码看起来就很一致了。 ntntB{t
,
.E>
六. 问题2:链式操作 !<3!ORFO
现在让我们来看看如何处理链式操作。 0Lf4^9N
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 RKPX*(i~
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 U38~m}c
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 :Y Ki
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct w,az{\
a*&(cn
template < typename T > q5G`q&O5
struct result_1 v1rTl5H
{ v`@NwH<r
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; /Nkxb&
} ; *M^<oG
5P{[8PZxbV
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: cLf<YF
`W:z#uNG]
template < typename T > bq2f?uD-}
struct ref FeZ*c~q
{ :8`~dj.
typedef T & reference; 3rY\y+m
} ; y_'6bpb
template < typename T > U=WS]
struct ref < T &> x5|^p=
{ 3
"iBcsLn
typedef T & reference; "AP$)xM-:
} ; .I?~R:(Ig
CTS1."kx1
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ^=k=;
R GL2S]UFs
template < typename T > PthgxB^
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 4.p:$/GTS
{ +e,c'.
return l(t) = r(t); l,*5*1lM
} Wu" 1M^a
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。 g4u6#.m(
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 >=4('
J 5(^VKj
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 R@-x!*z
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: /xSFW7d1
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 @QMy!y_K~m
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ' 55G:r39
最后的布局是: I~;w Q
Add wn;)La
/ \ 2M*i'K;;)P
Divide 5 58d[>0Xa[g
/ \ ve+bR
_1 3 zW\s{
似乎一切都解决了?不。 fTso[r:F.
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。 mPhu#oK'f
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。 K9-9 c"cz
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: S@'%dN6e
:..WL;gC
template < typename Right > 5DDSo0E
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const VEp cCK
Right & rt) const tY>Zy1hlI
{ T(qTipq0
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); '#XT[\
} QWnGolN
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 vz~Oi
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。 @mJ~?d95v
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。 19U&