一. 什么是Lambda !)(c_ uz
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ?1?zmaS
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, exqFwmhh
WmRx_d_
eL-9fld/n
65ctxxWv1
class filler 9aR-kcvJIJ
{ 9$ z|kwU
public : X&[S.$_U
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} $`Z-,AJc
} ; AAr[xoiYp
3YG[~o|4
Dg$Z5`%k8
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: .
_5g<aw;
Z. ))=w6G
VV*Z5U@b
TRl,L5wd-?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); e `!PQMLU
1N_Gk&
R7o3X,-iwn
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Gyak?.@R
n4cM
/unU
vap,)kILF
MqBA?7
二. 战前分析 !TH3oLd"
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。 *Op;].>E
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 fAu^eS%>7
G/nSF:r p
?v-( :OF
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); RnN]m!"5
/* --------------------------------------------- */ JM-spi o
vector < int *> vp( 10 ); cY|?iEVs)
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); pcd*K)
/* --------------------------------------------- */ ymdZ#I-
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); $r`^8/Mq3
/* --------------------------------------------- */ JC~L!)f
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); j9@7\N<
/* --------------------------------------------- */ 0,a;N%K-
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); +!'\}"q
/* --------------------------------------------- */ 2F0@M|'
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); lLO|,
J6eF7 fa
8\?7k
z+K -aj w
看了之后,我们可以思考一些问题: i NX%Zk[
1._1, _2是什么? h01 HX
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Fb&Xy{kt1
2._1 = 1是在做什么? e`pYO]Z
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 Ak`7 f$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。 g-0?8q5T6
]d$:R`;
U~j:b {
三. 动工 4+ BWHV
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: R36BvW0X
:}\w2W E[
>hkmL](^
qB57w:J
template < typename T > v+.
n9
class assignment 6>rgoT)6~
{ mRe BS
T value; x;&01@m.
public : #-xsAKi
assignment( const T & v) : value(v) {} DQ'=$z
template < typename T2 > G%{J.J41F
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } |,*N>e
} ; :+%"kgJNL
4K_rL{s0U
'Vwsbm
tY
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Zj@k3y
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Arg604V3
~)\9f 1O{^
A"(XrL-pV
9yU(ei:GUo
class holder :6k8\{^9"D
{ RRW/.y
public : ~=$0=)c
template < typename T > {E6M_qZ
assignment < T > operator = ( const T & t) const 0p"l}Fu@`
{ < Y5pAStg
return assignment < T > (t); ^}JGWGib=+
} "gD]K=
} ; E8_j?X1
kD&%
7Vz
^P4q6BW
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: ,/?7sHK-0
Y>Oh]?
static holder _1; BHoy:Tp
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 K`7(*!HEb
4+rr3 $AY
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); bXVH7F y
而不用手动写一个函数对象。 /.54r/FN')
ZY_aE
F E`4%X
F1m 1%
四. 问题分析 `/W6,]
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 -~ w5yd
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 8+HXGqcv
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 HPz9Er
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 7R4sd
下面我们可以对这几个问题进行分析。 :{:R5d(_I
%sd1`1In
五. 问题1:一致性 N_3$B=
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?| mGss9eZa
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ]!@z3Hv3
rG#o*oA
struct holder )uj:k*`)
{ C[E[|s*l
// 6j*L]Sc
template < typename T > >K|<hzZ
T & operator ()( const T & r) const :Ma=P\J
W
{ ORVFp]gG
return (T & )r; c[p>*FnP
} K fM6(f:
} ; 9%+Nzo(Fd
v BP
5n
这样的话assignment也必须相应改动: Sn6cwf9.s
DC9\Sp?
template < typename Left, typename Right > <1t.f}}uX
class assignment T0:%,o
{ I&2)@Zw
Left l; }XOTK^YA
Right r; C)x>/Qr ~
public : 47S1mxur
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ^("23mhfJ
template < typename T2 > 7T\LYDT
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } gu~JB
} ; rM?O 2n
:6}Zo
同时,holder的operator=也需要改动: Q9Tt3h2ga
= aO1uC|6C
template < typename T > 49('pq?D
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const s5`CV$bz
{ !hMD>B2Z
return assignment < holder, T > ( * this , t); }u3Q*oAGl
} ; 9n} P@
Th\w#%'N
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 @2yoy&IO
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 S*aVcyDEP
6_G[&
return l(rhs) = r; yj:<3_-C*
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ~J~@mE2ks
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: xE$>;30b_
L=7Y~aL=
template < typename Tp > y cT@D/
class constant_t L<7KmN4VX
{ -0I]Sm;$
const Tp t;
Rcn6puZt
public : `, lnBP3D"
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} wBuos}/
template < typename T > oouhP1py,
const Tp & operator ()( const T & r) const r$8(Q'
{ V4["+Y
return t; n]3Lqe;
} g-C)y
06
} ; f9%M:cl
!t;B.[U *
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 #<$pl]>}t
下面就可以修改holder的operator=了 +.czj,Sq
/8cfdP Ba
template < typename T > GbXa=*
<-<
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const l:@`.'-=
{ 0:1[F!]'b
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); S17iYjy#8T
} E;o
"^[we
K/flg|uZ/V
同时也要修改assignment的operator() -XJXl}M.
a<E\9DL
template < typename T2 > qUSy0SQ/l
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Zra P\ ?
现在代码看起来就很一致了。 bMA\_?
3+<f7
六. 问题2:链式操作 sahXPl%;U
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Ye=c;0V(w
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。 F.Sc2n@7-
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。 .or1*-B K
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。 kB!
iEoIBA
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct y/.I<5+Bu
M#u~]?hS
template < typename T > 0Tv0:c>8;(
struct result_1 ZZ? KD\S5
{ r|ID]}w
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; }J ^+66{
} ; LykB2]T
>)j`Q1Qc\
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: rOo|.4w
nb30<h
template < typename T > sZDxTP+
struct ref G m~2s;/
{ DtFzT>$^F
typedef T & reference; } %bP9
} ; _SQQS67fu"
template < typename T > g7l?/p[n
struct ref < T &> 6k=*O|r
{ "9v4'"
typedef T & reference; ]aZ3_<b
} ; %wQE
lkB
qS!U1R?s
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: fG,)`[eD!_
m\.(-
template < typename T > 2:jWO_V@
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 6JB*brO
{ E4cPCQyeH
return l(t) = r(t); lzbAx
} bSkr:|A7
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。 PNp-/1Cx
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 5OM*NT t
'89nyx&W
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 .At^b4#(
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: qa>H@`P
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ~(x"Y\PEu
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 }Y&|v q
最后的布局是: PNB E
Add gWGh:.*T
/ \ dr gCr:Gf
Divide 5 jr2wK?LbB
/ \ Fzk%eHG=
_1 3 Koi-b
似乎一切都解决了?不。 Kt`/+k)m
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。 =,J-D6J?
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。 nr?| !gj
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: m85Hx1!p.
~vscATQ
template < typename Right > {%BPP{OFk
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const c\.7Z=D
Right & rt) const w{"ro~9o
{ @=6*]:p2.
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ]
L6LB\
} nc9sfH3
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ~N]pB]/][
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。 gkFw=Cd
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。 3y}8|ML
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。 E#VF7 9L
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。 [;pL15-}4
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? I\~sE Jwj
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: v
8B4%1NE
-+z8bZ
template < class Action > miB+'n"zS
class picker : public Action fo_*Uva_
{ o#QS: '|
public : !-~sxa280r
picker( const Action & act) : Action(act) {} 2rWPqG4e
// all the operator overloaded >zV
} ; !%(PN3*
Ya29t98Pk
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。 Jy
P$'v~
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: |.?Xov]
Y<;KKD5P'j
template < typename Right > fn,
YH
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 71c(Nw~iQ
{ B&"c:)1
C2
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); .W51Cup@&
} ;$g?W"
7_~_$I~g*
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > x-s\0l
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。 'Gqo{wl
4Cp)!Bq?/
template < typename T > struct picker_maker M&}_3
{ f/670Acv
typedef picker < constant_t < T > > result; "]}?{2i;
} ; CE7{>pl
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ddwokXx
(
{ [mFgo
il
typedef picker < T > result; nP+jkNn3
} ; ke19(r Ch
v<vaPvW
下面总的结构就有了: Xu7lV
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。 ]Q -.Y-J/O
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。 z,g\7F[
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ttY[\D&ZS
至此链式操作完美实现。 &HtG&RvQf
*YP:-
8 Y))/]R
七. 问题3 |4!G@-2V:I
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。 Bej k^V~
OWZ;X}x
template < typename T1, typename T2 > .RpWE.C
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const #F#M<d3-2
{ i>
dLp
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); :KI0j%>2y
} &F.L*M
`k-|G2
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: a,eEP43dn
h|.{dv
template < typename T1, typename T2 > !X\aZ{}Q
struct result_2 dZ x
{ ->'xjD
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; '[p0+5*x
} ; /Zg4JQ~
,VZ<r5NT
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? +@dgHDJ
这个差事就留给了holder自己。 wg^'oy
= ,c!V
-/R?D1kOq
template < int Order > "DSRy D0M
class holder; 9P*p{O{_
template <> cd;~60@K
class holder < 1 > $9ys!
<g
{ gp-rTdN
public : a *qc
template < typename T > 87rHW@\](
struct result_1 |XJ|vQGU
{ 2XrYm"6w
typedef T & result; zKQXmyO
} ; a"8H(HAlNn
template < typename T1, typename T2 > *0z'!m12
struct result_2 Ebp=du
{ DpIk$X
typedef T1 & result; a6'T]DW0W
} ; vk<4P;A(G
template < typename T > cHon' tS
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 6|Xm8,]yRw
{ }'4aW_ta
return (T & )r; .q'{3
} WfYC`e7q
template < typename T1, typename T2 > \R,8xID_t
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const @;Xa&*
{ 3aFD*S
return (T1 & )r1; gp4@6HuUd
} 5UvqE_
} ; Y{<SD-ibZ$
6*s:I&