一. 什么是Lambda . :a<2sp6
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 J{tVa(.
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, )7Ixz1I9g
a$$ Wt<&Y
EnJ!mr
=|,A%ZGF$
class filler PS@ *qTin
{ ,r`UBQ}?
public : q@ZlJ3%l,
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} >f$NzJ}
} ; !Lkm? (_
"SR5wr
"!KpXBc,>
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: 3=-
})X;
eFFc 9'o
9i%9
WYszk ,E
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); QDE$E.a
_a5(s2wq+
HnU Et/
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 au$"B/
Hg+
F^2<y
O+"ac /r
!9 f4R/ ?
二. 战前分析 u
#~;&D*q
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。 T)SbHp Y
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 SlaDt
Qf@iU%G
WG5W0T_
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 7bF*AYM
/* --------------------------------------------- */ _^\$"nw
vector < int *> vp( 10 ); n7l%gA*
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); d,9`<1{9
/* --------------------------------------------- */ cdTsRS;E
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); -JV~[-,
/* --------------------------------------------- */ X?o(
b/F-
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 6rX_-Mm6w
/* --------------------------------------------- */ Bs!4H2@{(]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); P8I*dvu _
/* --------------------------------------------- */ n]N 96oD
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); `78V%\
9[Qd)%MO
L*JPe"N-e
&`!^Zq vG
看了之后,我们可以思考一些问题: M+xdHBg
1._1, _2是什么? jH*)%n5,\
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。 #T3h}=
2._1 = 1是在做什么? m*e YC
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。 %XTA;lrz
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。 A6"Hk0Hf
vkcRm`.
{9 PR()_
三. 动工 @pza>^wk
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ~?Omy8#
q/gB<p9
L%cVykWY"
w4:\N U
template < typename T > GWP dv
class assignment csQfic
{ 3,eIB(
T value; b ,^*mx=
public : ,FQK;BU!lh
assignment( const T & v) : value(v) {} -J0WUN$2*
template < typename T2 > rrBAQY|.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 1np^(['ih
} ; ;LwqTlJ*[L
=
+Xc4a
xN"Z1n7t
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 g:#dl\k
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment =VP=|g
4)1;0,tlG
"ZMkL)'7-
1|QvN1?
class holder -9Ws=r0R
{ \5><3*\
public : ;%!m<S|%k
template < typename T > ,?-\
x6
assignment < T > operator = ( const T & t) const `,>wC+}
{ PX,rWkOce
return assignment < T > (t); sz95i|@/
} D!LX?_cD1i
} ; 2 WBq
KFWJ}pNq
-uR72f
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: "^CXY3v
_}Ps(_5D
static holder _1; #=,(JmQPt
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 )R)a@op
j|(Z#3J
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); WE!vSZ3R
而不用手动写一个函数对象。 h
y-cG%f
n&XGBwgW
K%g;NW
SW?p?<
四. 问题分析 +|RB0}hFS-
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 u\e\'\
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 1cJsj
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 /!xF?OmVd
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Zm TDQ`Ix
下面我们可以对这几个问题进行分析。 hkL5HzWn
I4_d[O9
五. 问题1:一致性 )9j06(<A
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| peVq+(=.
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 o4^Fo p
}xb=<
struct holder M#jN-ix
{ P&A|PY,P
// df*w>xS
template < typename T > MBr:?PE7
T & operator ()( const T & r) const \c`oy=qY0
{ CQg X=!q
return (T & )r; ]Uc`J8p,
} ZU&"73
} ; 3/6/G}s
(Ye>Cp+]
这样的话assignment也必须相应改动: F@<0s&)1
:VA.Q rKW
template < typename Left, typename Right > t 0O4GcAN
class assignment )/t6" "
{ QTJu7^O9
Left l; F1W+o?B
Right r; #gZ|T
M/h
public : mV\$q@sII
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 8n)WW$
template < typename T2 > yXfMzG
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } KX+ey8@[
} ; MWwJzVL8
_n O.-
同时,holder的operator=也需要改动: D'i6",Z>
M}FWBs'*|
template < typename T > Bq}x9C&<
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ;)/@Xx
{ oK+Lzb\d{M
return assignment < holder, T > ( * this , t); U6j/BJT"
} ej[S u
Xa,&ef&q
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。 /=T"=bP#/
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 DdjCn`jqlf
YMB~[]$V<
return l(rhs) = r; #+jUhxq
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 gY5l.&
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: McP.9v}H0_
vDDljQXw4
template < typename Tp > Hn^sW
LT
class constant_t Zh? V,39
{ hU+#S(t>b
const Tp t; eoL0^cZj
public : @?M;'xMbB
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} QX+Y(P`vMK
template < typename T > 8J^d7uC
const Tp & operator ()( const T & r) const 2<m
Q,,j
{ cf&C|U
return t; oVreP
} fv/v|
} ; !|(Ao"]
~=Fk/
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 o[imNy~ ~
下面就可以修改holder的operator=了 BArJ"t*/z
%0 qc@4
template < typename T > 2X^iV09
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const `U!(cDY
{ Ga?UHw~
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 6T]Q.\5BZ
} ec#_olG%
A` =]RJ
同时也要修改assignment的operator() %Au T8
> `0| X
template < typename T2 > P2 |}*h5(
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Ipg\9*c`
现在代码看起来就很一致了。 nHE+p\
&'NQ)Dn
六. 问题2:链式操作 /LSq%~UF
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Jfe~ ,cI
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ItMl4P`|
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 Vj29L?3
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 \2(MpB\_6!
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct tI
`w;e%HN
]m RF[b$
template < typename T > x}uwWfe 3
struct result_1 RlPjki"Mg
{ ~;TV74~rr
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; _pJX1_vD
} ; l;XUh9RF`A
+V6j`
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: VN?<[#ij
IM$'J
template < typename T > bL+sN"Km
struct ref l
DgzM3
{ Mp!2`4rD
typedef T & reference; ZV0)
."^Z
} ; _Wq7U1v`
template < typename T > )x y9X0
struct ref < T &> X5|?/aR}
{ \%Pma8&d
typedef T & reference; >qr=l,Hi
} ; <Wp`[S]r
GcPB'`!M
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: jc3ExOH
(L]T*03#
template < typename T > o,iS&U"TC
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ^XtHF|%0T
{ 9t,aT!f
return l(t) = r(t); S^*(ALFPj
} T]5U_AI@
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 ':5U&
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 L2:oZ&:u`J
B(HNB\3u
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 >?H_A
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: <6~/sa4GN
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 \UVT_=Y
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 4yJ01s
最后的布局是: TiwHLb9
Add jFI]54,
/ \ ,:\zXESy4
Divide 5 ZYpD8u6U
/ \ / nC$?w
_1 3 h5h-}qBA
似乎一切都解决了?不。 yTMGISX5
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。 BN bb&]
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。 O% j,:t'"
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: i[V,IP +
p1[WGeV
template < typename Right > w+:+r/!g
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ?,A8 fR
Right & rt) const + xkMW%e<
{ 6PVlZ
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); #CBo
} ]kU~#WT
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 _A# x&<c
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。 "' LOaf$X
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 `0/gs
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 x %!OP\
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 DY%T`}
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? vwSX$OZ
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: #oS
aG8;,H=%,
template < class Action > }1E_G
class picker : public Action "@):*3
4
{
`\}zm~
public : l7FZ;%&
picker( const Action & act) : Action(act) {} FZLzu
// all the operator overloaded }sm56}_
} ; Wl^/=I4p#
t2U]CI%
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。 $(!D/bvJ
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: b]s%B.h
^Ypb"Wx8
template < typename Right > |R|U z`
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const o8yEUnqN
{ E,nYtn|B
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); =&