一. 什么是Lambda z|Xl%8
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 y=CemJ[~
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, Kf*+Ilq%L
Q["}U7j
)9$Xfq/
:Vg,[\I{
class filler BN=,>-O%
{ Cpl\}Qn
public : 8r5j~Df
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ev>: 3_ s
} ; =8]'/b
BkcOsJIz
I<$lpU_H
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: Kxg09\5i
wXP1tM8T
^;'3(m=
^vzNs>eJ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); o_cj-
9T\:ID=h
_z_uz\#,
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 "|hmiMdGB
{d)+a$qj
b[$>HB_Na
+f+\uObi:
二. 战前分析 {w2<;YXj!
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。 h5~tsd}OU
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 PffRV7qU0
VB Ce=<
R{.ku!w
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); "`lRX
/* --------------------------------------------- */ $Uzc
vector < int *> vp( 10 ); lGxG$0`;;
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Ji=E 1R
/* --------------------------------------------- */ )%*uMuF
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); _9<Ko.GVq
/* --------------------------------------------- */ )J0'We
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); k1X <jC]P
/* --------------------------------------------- */ I`
/'\cU9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); wsM5TB
/* --------------------------------------------- */ T\OLysc
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 8Y:bvs.j
-E.EI@"
hd\iW7
J6jrtLh
看了之后,我们可以思考一些问题: klPc l[.w
1._1, _2是什么? Q|:\
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 2+0'vIw}
2._1 = 1是在做什么? k*M1m'1
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 FX\ -Y$K
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。 ?!Y2fK=h0
>zXw4=J
Z[|(}9v?~
三. 动工 Ucv-}oa-?
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: )PZ'{S
\s[Uq
JrO2"S
xZBmQ:s',S
template < typename T > o <sX6a9e
class assignment hb`(d_= 7F
{ U1B5gjN
T value; w<5w?nP+Oh
public : .I[uXd
assignment( const T & v) : value(v) {} +b
1lCa_
template < typename T2 > 'R= r9_%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } H+F'K
XP*K
} ; ?mnwD ]u
tFXG4+$D
5WY..60K,
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 "h\{PoG
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment wC;N*0Th
Z3=t"
^qGH77#z
WC0@g5;1[
class holder ,0;E_i7
{ "@DCQ
public : &!a[rvtZ+
template < typename T > U_Id6J]8
assignment < T > operator = ( const T & t) const ewD61Y8-
{ buq3t+0
return assignment < T > (t); 's+ Fd~'
} L9&Z?$6J_p
} ; gtJUQu p2
d'J))-*#UO
=DUsQN!
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: c(i-~_
"3W!p+W
static holder _1; eLM_?9AZ!R
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 3@_je)s
K'7i$bl%
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Q];+?Pu.
而不用手动写一个函数对象。 OANn!nZ.
3;@t{rIin
\@3i=!
y;3vr1?
四. 问题分析 l0 rZril
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。 0'% R@|
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。 Rq<T2}K
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 _\1wLcFj
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 UXnd~DA
下面我们可以对这几个问题进行分析。 P] ouLjyq
~W_m<#K(
五. 问题1:一致性 \ 2*<Pq
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?| ym{?vY
h
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ^D
;X
It!PP1$
struct holder HFB2ep7N
{ :I1)=8lO
// ==l p\
template < typename T > ,g;~:
T & operator ()( const T & r) const t=d~\_Oa
{ 3W5|Y@0
return (T & )r;
+,gI|
} }[SWt3qV1
} ; >t20GmmN
j]6Z*AxQ
这样的话assignment也必须相应改动: <}L`d(E@f
eo24I0`N
template < typename Left, typename Right > MLG%+@\
class assignment x}?y@.sn8
{ k9vr6We'
Left l; 6Y>MW 4q
Right r; @(,k%84z
public : F<M#T
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} @TdPeTw\
template < typename T2 > *!ZU"q}i
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } [-x~Q[
} ; A|,\}9)4X[
@0; 9.jml,
同时,holder的operator=也需要改动: (_^g:>)Cs
rp6Y&3p.
template < typename T > S#8wnHq
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Q.*qU,4);
{ /JaH
return assignment < holder, T > ( * this , t); F42r]k
} x}[/A;N
tV<}!~0,*
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。 "CapP`:
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 B;r U
KJo[!|.
return l(rhs) = r; 2Vxr
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。 dQVV0)z
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ZSuUmCm
E{[c8l2B
template < typename Tp > QXY-?0RO#
class constant_t (YVl5}V
{ 7L|w~l7R~
const Tp t; `C%,Nj
public :
({zt=}r,
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} }QU9+<Z[r
template < typename T > IAf,TKfe
const Tp & operator ()( const T & r) const yv=LT~
{ ^W5rL@h_
return t; yH#zyO4fD-
} VT96ph
} ; ]:(>r&'
'g$~ij ;x
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 O&.^67\|
下面就可以修改holder的operator=了 1k6f|Al-
nud,ag
template < typename T > VI,z7
\
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const O+%Y1=S[WQ
{ m3C&QdjRp
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); JP)/
O!
} mq`N&ABO!K
/ tM<ois*
同时也要修改assignment的operator() r5%K2q{
9:4PJ%R9
template < typename T2 > IzF7W?k
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } \~UyfVPRT
现在代码看起来就很一致了。 mVfg+d(
H$zjN8||"
六. 问题2:链式操作 x tg3~/H
现在让我们来看看如何处理链式操作。 dRTtDH"%
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。 ;ZPAnd:pb
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。 ;Xg6'yxJ
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。 osyY+)G'sV
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct O9wZx%<
z=<x.F
template < typename T > QFU;\H/
struct result_1 u`dWU}m)
{ u4bPj2N8I
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; AX}l~
sv
} ; 85Zy0l
p/>}{Q )Y
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: lTW5>%
y5B4t6M(
template < typename T > \2 &)b
struct ref QE[ETv
{ lfG]^id'
typedef T & reference; V^B'T]s
} ; P0uUVU=B|
template < typename T > ,pE{N&p9
struct ref < T &> zRN_`U
{ ,u7:l
typedef T & reference; ~F~g$E2 }
} ; jjL(=n<J<"
g+;m?VJ
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: J5h;~l!y
XSC._)ztEE
template < typename T > SjV;&
1Z/
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const )D_#
{ Zy _A3m{
return l(t) = r(t); hd1(q33
} x~C%Hp*#
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 U1G"T(;s:
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 \M(0@#-$C
L^uO.eI"m
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 |S[Gg
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: -:b0fKn
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 4<fKB&