一. 什么是Lambda 0`S!+d
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Ri-I+7(n!
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, o0<T|zgF5,
+"SBt}1
>T(f
DD-DY&2R
class filler 0dgR;Dl(
{ [6-l6W
public : AX1\L|tJS
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} fIBLJ53
} ; wLgRI$_Dm
=tog<7
g^]Q*EBa
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: UIu'x_qc
klx4Mvq+/@
"?N`9J|j)~
Y&j6;2-Z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); |RpC0I
60p1.;'/a
v
h%\ " h
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 2'x_zMV
P, Vq/Tt
:zZtZT!
3Y s|M%N
二. 战前分析 f5yd2wKy6
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。 FF/MTd}6qG
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 6?KsH;L9
{2q
F.\]Hqq
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ++kiCoC
/* --------------------------------------------- */ ,)Q mQ^/
vector < int *> vp( 10 ); r1=Zoxc=w
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ;=n7 Z
/* --------------------------------------------- */ 9:kb0oBa?l
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 8F@6^9C
/* --------------------------------------------- */ (Ux%7H_d
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); $ &^
,(z9
/* --------------------------------------------- */ `V?{
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); >Ek`PVPD
/* --------------------------------------------- */ ^%<v| Y(X
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); >*_?^F_
_>aesp%
vw(};)8
'/"( `f,
看了之后,我们可以思考一些问题: {bNnhW*qOu
1._1, _2是什么? \J13rL{<
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。 Q2NS> [
2._1 = 1是在做什么? 4,aBNuxWd
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。 PuOo^pFhH
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。 A] F K\
2dq{n.cgs
LEhi/>T
三. 动工 (Q'XjN\#
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ;wN.RPE_^
R]r~TJ o
}U(^ QB
]>AW
template < typename T > r`&ofk1K
class assignment " 7aFVf
{ 9u)h$VC
T value; Og&2,`Jb
public : OIoAqt
assignment( const T & v) : value(v) {} C )PN
template < typename T2 > @
J"1!`
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } \e=@h!p
} ; P_?1Rwm-45
J[B8sa
PCU6E9~t2
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 t4<#k=
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment QHQj6]
%
,X(GwX
"TxXrt%>A
d6L(Q(:s
class holder 62zlO{ >rJ
{ kO5KZ;+N-
public : lS,Hr3Lz
template < typename T > pG4Hy$e
assignment < T > operator = ( const T & t) const ! [: K/
{ OC[a?#R1
return assignment < T > (t); W35nnBU
} KE^_09
} ; I|PiZ1]2Y
bWyXDsr+
"Fke(?X'
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: 'shOSB
D,)~j6OG8
static holder _1; ~pw_*AN
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 d_yqmx?w
bcZHFX
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); $b8>SSz
而不用手动写一个函数对象。 G%>[I6G
~+d]yeDrhx
TJVNR_x
:2?'mKa7
四. 问题分析 0? l
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 >!oN+8[~
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 c"QI`;D_c
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 +I/P5OGRN
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 `P GWu1/
下面我们可以对这几个问题进行分析。 c8yD-U/-
adxJA}K}
五. 问题1:一致性 [2
Rp.?
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| zL_X?UmV
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 M35}5+
Pq`4Y
K
struct holder ;ndg,05_
{ k"n#4o:
// {1qEN_ERx
template < typename T > {jv1hKTa
T & operator ()( const T & r) const (_W[~df4
{ J=Jw"? f
return (T & )r; hR?rZUl2M
} W]R5\G*
} ; WpvH} l r}
1%+0OmV&
这样的话assignment也必须相应改动: Mc\lzq8\ 1
mhs%b4'>
template < typename Left, typename Right > fW\u*dMMZE
class assignment uIba{9tM"P
{ qItI):9U
Left l; =CJs&Qa2
Right r; ht =yzJ9Pr
public : aNwDMd^+
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} mki=.l$O
template < typename T2 > 7>4t{aRf_8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Oc8+an1m
} ; A^m hPBT_
LZ@^ A]U
同时,holder的operator=也需要改动: h&Sl8$jVp
Z-~^)l o
template < typename T > pLIBNo?
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const U%#=d@?
{ Z@*Z@]FC
return assignment < holder, T > ( * this , t); 'IgtBd|K>
} < ^&'r5H
]~oM'?&!
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 N7e^XUG
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 'z\F-Ttq
B
O"+m
return l(rhs) = r; !P;qc
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 BE U[M
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: A/.cNen
zZy>XHR
H
template < typename Tp > :Rq D0>1
class constant_t PF+`3
{ 81KtK[?b
const Tp t; 7z$+ *]9-
public : qzG'Gz{{qu
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} $~j]/ U
template < typename T > MRa>@Jn??A
const Tp & operator ()( const T & r) const n2QD*3i
{ 1n,JynJ
return t; JAn3
} ;uJVY)7a
} ; E6US
@GEvI2Vf.0
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 (2{1m#o
下面就可以修改holder的operator=了 9*x9sfCv9
&Y,Rm78
template < typename T > Z# :Ww
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const @!Pq"/
{ &A`QPk8n
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); -8TLnl~[
} Y8N&[L[z&
Z<wg`
同时也要修改assignment的operator() Zs4N0N{
=l\D7s
template < typename T2 > +uH1rF_&@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } H<>x_}&
现在代码看起来就很一致了。 ZE1#{u~[y
2{%BQq>C
六. 问题2:链式操作 3sL#_@+yz
现在让我们来看看如何处理链式操作。 [~;9Mi.XL
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。 U@*z#T#"m
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。 Ufk7%`
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。 *s/F4?*
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct d2(n3Xf
2
o.Mh/D0
template < typename T > KSexG:Xb
struct result_1 $`riB$v
{ ^yfT7050
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ](O!6_'d
} ; D4S>Pkv
%++q+pa
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: ;TR.UUT
a7CJ~8-1K
template < typename T > ^o{O5&i]
struct ref 4~
iKo
{ :8rqTBa`
typedef T & reference; l^SKd
} ; #\"5:.H Oz
template < typename T >
mjw:Z,
struct ref < T &> ?>w%Lg{L}
{ Ms$kL'/
typedef T & reference; sQ_{zOUPh
} ; zi5;>Iv0}
mO\6B7V!
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Ltu;sw
-PX {W)Aw
template < typename T > EBn7waBS
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const -yC},tK
{ _qGkTiP
return l(t) = r(t); 6 g!t1%Kb
} #]C r
zLe
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 ^v`|0z\
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 +`9T?:fu
p_}OtS;
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 U>{z*D
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: | 0&~fY
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Xl}>mbB
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Mbi)mybM
最后的布局是: lT%o6qgT
Add BO1Mz=q
/ \ /6f$%:q
Divide 5 {!<zk+h$
/ \ 3n,F5?!m
_1 3 )Z]8SED
似乎一切都解决了?不。 9 Z4H5!:(
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。
T%:}/@
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。 YUc&X