一. 什么是Lambda FKtG
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 }#q0K
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, sa}.o Zp Q
SJ}PV:x
U#x`u|L&6
c8N pk<
class filler zh{I;~syh
{ (M?VB*sm0
public : ov5g`uud
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} )gx*;z@
} ; *:%I|5
Z,-J
tl
UGxF}Q
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: %CZGV7JdA
IL,iu
33ZHrZ
Jt:)(&-t
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); >E7s}bL"
0h
kZ
+y_V$q$G
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 usNq]
ec,Bu7'8
29nMm>P.e
+W/{UddeKU
二. 战前分析 TtrV
-X>L
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。 tb>Q#QB&u
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 E#A}2|7,g
[s+FX5' K
}R~C<3u\2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); |kF"p~s
/* --------------------------------------------- */ Zbr1e5?
vector < int *> vp( 10 ); tiy#b8
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); sY[!=` @
/* --------------------------------------------- */ Ax 4R$P.]u
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); T-\q3X|y/
/* --------------------------------------------- */ v+i==vxg
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ?k=)T]-}
/* --------------------------------------------- */ YkQ=rurE
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 9 ge'Mo
/* --------------------------------------------- */ lmIphOUoIw
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); u`XZtF<vf
gk}.LE
LWxP}? =
S#0C^
看了之后,我们可以思考一些问题: cpH*!*S
1._1, _2是什么? M=fhRCUB
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ('`mPD,
2._1 = 1是在做什么? ~(L&*/c
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 =y^g*9}_
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 S/yBr`
+O1=Ao
S] 4RGWn
三. 动工 r!^VCA
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ?'>[nm
<J]N E|:
,!^g8zO
MIu'OJ"z~
template < typename T > bWZ
oGFT
class assignment u$
vLwJ| o
{ :4>LtfA
T value; @sRb1+nn
public : ?i\$U'2*z3
assignment( const T & v) : value(v) {} }5d|y*
template < typename T2 > :2lM7|@/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } EkOn Rm_hn
} ; dCWq~[[
T2t o!*T
_AiGD
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 >p3S,2SM
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment h2aO-y>K
?#:!!.I:
L(/wsw~y*
[3]h(D
class holder (#Xgfb"S3
{ TrVQ]9;jWk
public : 0
d2to5 (
template < typename T > CbMClnF
assignment < T > operator = ( const T & t) const $cGV)[KWp@
{ O_D;_v6Ii+
return assignment < T > (t); _z3^.QP
} [5]*
Be
} ; Ct0%3]<J
G)=+Nt\*
^56#{~%^?
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ?o d*"M
1!R:}r3t
static holder _1; QjsN7h&%
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 p S!N<;OWr
b~+\\,q}
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 2!a~YT
而不用手动写一个函数对象。 \qbEC.-K
"; ?^gA
XE|"n
tTe:Oq
四. 问题分析 k")3R}mX
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 )1&,khd/u
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 SU4~x0
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 AH
]L C6-
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 8=3$U+
下面我们可以对这几个问题进行分析。 -<5H8P-
d`KW]HJw
五. 问题1:一致性 ={nuz-3
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?| -:V2Dsr6;
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 f q*V76F
68!=`49r>
struct holder Z15b'^)?9
{ 4hV~
ir
// ulXe;2
template < typename T > KkZ o|\V
T & operator ()( const T & r) const D]Gt=2\NG9
{ )eWg2w ]
return (T & )r; i'0ol^~y6
} H.TPKdVX
} ; ;4(FS
ACH!Gw~
这样的话assignment也必须相应改动: y/ah<Y0(
7/Mhz{o;W
template < typename Left, typename Right > (a8oI)~
class assignment YwF\
{ {qBbzBG
Left l; o(5
(]bJ
Right r; wEIAU
public : H{*R(S<I
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ;gW?Fnry;
template < typename T2 > nB ,&m&
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } JZ0u/x5
} ; 9/50+2F
N:rnH:g+:
同时,holder的operator=也需要改动: a EqDxr6
-cWxS{vO
template < typename T > n]%yf9,w
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const E9S&UU,K
{ [3hOc/]s
return assignment < holder, T > ( * this , t); 2d-C}&}L\
} ht^xcc
rKW kT"
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。 Psu*t%nQ?A
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 sm @Ot~;
n&}ILLc
return l(rhs) = r; #)$@Kvm
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 t>%J3S>'ZV
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: '|K408i
~D\ V!
template < typename Tp > !4
G9`>n
class constant_t nK|WzUtp
{ ZIM 5$JdCv
const Tp t; ?!kPW^gD
public : eMDraJv@
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} vh^,8pPy
template < typename T > VBI~U?0
const Tp & operator ()( const T & r) const b$'}IWNV
{ a(`@u&]WZ
return t; i9k/X&V
} .TetN}w
} ; SiQszV.&
~m.@{Do0p
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 <lwkjt=RV
下面就可以修改holder的operator=了 khtSZ"8X
j]5bs*G
template < typename T > v}\Nx[}
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ?)B\0` %*'
{ uvf}7
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); O9]+Jd4W
} 4&([<gyR<
m339Y2%=
同时也要修改assignment的operator() -V)DKf"f
-:o4|&g<*
template < typename T2 > P ||:?3IH
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 2hI|]p
现在代码看起来就很一致了。 *_7%n-k
V0x;*)\PYm
六. 问题2:链式操作 rSvQarT
现在让我们来看看如何处理链式操作。 &?#G)suP
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 vmZyvJSE
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 0?
QTi(
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 nB1[OB{
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ,P9q[
\P|PAU@,
template < typename T > G\1\L*+0
struct result_1 B#K{Y$!v
{ qKg*/)sD(
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 5L4{8X0X8
} ; 3KW4 ]qo~
gK8{ =A0c
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: zn'F9rWx>
F"<TV&xf
template < typename T > &{c.JDO
struct ref hf~'EdU
{ G F-\WD
typedef T & reference; P[E5e+A)
} ; aqk0+
template < typename T > '=2/0-;Jf
struct ref < T &> a.yCd/
{ 2=PX1kI
typedef T & reference; :_FnQhzg
} ; ^%?*u;uU%
OF)G2>t
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: !w8t`Z['
i/%+x-#
template < typename T > -6OgM}
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const +(-L
{ Io81zA
return l(t) = r(t); M_wj>NXZ
} #DI%l`B
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。 U- UD27
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 <!s+X_^
:d
ts>
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 8(Ab
NQ
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: +I {ZW}rA
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 D 1Q@4
g
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 TUQ+?[
最后的布局是: #Jo#[-r
Add uoM;p'
/ \ 8i=c|k,GL.
Divide 5 >vP DF+ u
/ \ *?a rEYc8
_1 3 b!7*bFTt
似乎一切都解决了?不。 69{BJ]q
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。 x"9e eB,
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。 oK5"RW
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: Ip0~
8tR(i[L
template < typename Right > <