一. 什么是Lambda Pa!r*(M)C
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 _n+./B
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, BSu
]NOwe
RGim):1e
"Aq-H g
P7GF"/
class filler o!+jPwEU
{ R\wG3Oxol
public : lx&ME#~
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 7Q9zEd"d
} ; \WeGO.i-
M6b;
DQ
}TCOm_Y/qL
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: %r*zd0*<n1
iE$/ Rcp
?g$dz?^CK&
9H<6k*
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); LAwl9YnG:
"3i=kvdz
S?5z
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 YbrsXp"
qeyBZ8BG
HEjrat;5
m_z1|zM}o
二. 战前分析 ? h$>7|
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。 7QlA/iKqK
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 FFNv'\)
m{bw(+r
+FoR;v)z=F
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); t3 q0|S
/* --------------------------------------------- */ ci^+T *
vector < int *> vp( 10 ); !.'@3-w]
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); S/
Y1NH
/* --------------------------------------------- */ hD>O LoO
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ^xGdRaU#
/* --------------------------------------------- */ ;ml;{<jI
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); )up!W4h6o
/* --------------------------------------------- */ TY=BP!s
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); eFPDW;
/* --------------------------------------------- */ 4V7{5:oa
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ,zLi{a6
/EOtK|E
{qm(Z+wcmb
b7/1]
看了之后,我们可以思考一些问题: bqMoO7&c
1._1, _2是什么? * SG0-_S
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。 7ST[XLwt%}
2._1 = 1是在做什么? TCSm#?[B
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。 u=I>DEe@c
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。 ]~z2s;J{/
Z50]g
o(.
PxcD
三. 动工 Vl!Z|}z
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ~mtL\!vaM
L44-: 3
a<[@p
1@H3!V4
template < typename T > _AQ :<0/#
class assignment :CN,I!:
{ hIw<gb4J%
T value; qPpC )6-Q
public : 5vL]Y)l
assignment( const T & v) : value(v) {} AR?J[e
template < typename T2 > $H/3t? 6h`
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } "~4ULl<i'
} ; &Q^M[X
`n7z+
b0i]T?#
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。
Y>+\:O
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Frt_X %
<3QE3;4
tWi@_Rlx;
k[N46=u
class holder i+&*W{Re
{ "6n~,$
public : .h^."+TJ
template < typename T > -O_5OT4
assignment < T > operator = ( const T & t) const Od'!v &
{ ?0+D1w
return assignment < T > (t); MOyQ4<_
} un[Z$moN"
} ; #5T+P8
+"a .,-f!
<!&&Qd-d6H
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: DL2gui3
;KmSz 1A
static holder _1; POc<
G^
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ~l-Q0wg
"}|n;:r
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Hq^sU%
而不用手动写一个函数对象。 >U9*
jd=k[Yqr
@3{'!#/
\{n]&IjA
四. 问题分析 .8CR
\-
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 LZyUlz
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 >(u =/pp=:
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 A%u-6"
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 GLL,
下面我们可以对这几个问题进行分析。 jR\T\r4
[[?:,6I
五. 问题1:一致性 RNiZ2:
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| b IcLMG
s
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 zHr1FxD
lx~!FLn
struct holder Ud:v3"1
{ 2<yE3:VX
// B[Uvj~g
template < typename T > 0W9,uC2:N
T & operator ()( const T & r) const ;|b
D@%@
{ 4_`+&
return (T & )r; .-[UHO05^8
} 'rU
[V+
} ; y-{^L`%Mk
]E88zWDY`
这样的话assignment也必须相应改动: ooByGQ90V:
X#-U
template < typename Left, typename Right > `R fhxzI
class assignment cgm]{[f
{ ]~ )FMWQz-
Left l; j|KZ HH%dc
Right r; /_?Ly$>'
public : gec<5Ewg
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} zMKW@
template < typename T2 > ju(&v*KA
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } p}!rPd*
} ; Dq
Kk9s;6_
IC/'<%k
同时,holder的operator=也需要改动: O(h4;'/E
3*3WO,9
template < typename T > Nj qUUkc
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const y:D|U!o2V
{ uE-~7Q(@
return assignment < holder, T > ( * this , t); J-ACV(z=q
} "Q#/J)N
'i{kuTv
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。 _UYt
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 "MKgU[t
"o`N6@[w^
return l(rhs) = r; Ej
ip%m
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。 4\Y2{Z>P?
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: b|wCR%
"Nn/vid;
template < typename Tp > GrW+P[j9
class constant_t .#6Dad=S*
{ AIF?+i%H}
const Tp t; fEWS3`Yy
public : pA+W
8v#*
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} sbrU;X_S
template < typename T > (+38z)f
const Tp & operator ()( const T & r) const {$ HW_\w
{ &|IY=$-
return t; $985q@pV0
} 0Oc' .E9
} ; pcv (P
u} JL*}Q
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ^LE`Y>&m
下面就可以修改holder的operator=了 j\("d4n%C
?3Se=7
k
template < typename T > SY["dcx+
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const +T+f``RcK
{ =E8lpN'
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); g9H~\w
} Ix^xL+Tm
N't*e Ci
同时也要修改assignment的operator() kz(%8qi8&
@U_w:Q<9u
template < typename T2 > kV(}45i]s
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 9l@VxX68M
现在代码看起来就很一致了。 Lf&p2p?~c
?0WJB[/
六. 问题2:链式操作 `B"=\0
现在让我们来看看如何处理链式操作。 mZDrvTI'
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。 [7ZFxr\:!
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。 9;k_"@A6
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。 l!<Nw8+U
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct E#`=xg
H*!j\|v0
template < typename T > =4"D8UaHr
struct result_1 wLPL9
{ F"#bCnS
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; fKf5i@CvB@
} ; M])Y|}wv8
`$jc=ZLm
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: VJS|H!CH
~(aQ!!H6
template < typename T > cXFNX<
struct ref 0
ML=]
{ _p\
typedef T & reference; G,e>dp_cPu
} ; EkgS*q_
template < typename T > lplEQ]J|
struct ref < T &> WLQm|C,
{ r
ioNP(
typedef T & reference; .dt7b4.kd
} ; 7JD
jJQy
[nJ),9$z_
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: z/)HJo2#
(GJ)FWen0"
template < typename T >
fD
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const YQvN;W
{ y5 $h
return l(t) = r(t); ZMy0iQ@
} d_BECx<\
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。 YgNt>4K
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ^]3Y11sI
rP>iPDf
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 5m!FtHvm1
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: //nR=Dy{
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象
G4vXPx%a8
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 A,{X<mLFb
最后的布局是: #:_qo
Add XMd-r8yYr
/ \ r j#K5/df
Divide 5 vcy}ZqWBO
/ \ ,di'279|
_1 3 ~Jrtm7
似乎一切都解决了?不。 ]y>)es1
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。 Q"n*`#Yt'
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。 + pZ, RW.D
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: q{HfT
d
$NC1>83
template < typename Right > X}Bo[YoY$
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const iY1%"x
Right & rt) const @cA`del
{ O l1[ o
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); U8KB@E
} ATp7:Q
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 w>>)3:Ytd
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。 dR<