一. 什么是Lambda g\qL}:
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 | 3N.5{
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, c3zT(FgO>N
JMirz~%ib
pY)j0tdd
jA-5X?!In
class filler hmBnV
{ \za5:?[xB
public : ?Rt1CDu
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} mo|PrLV
} ; ^A11h6I
yZ;k@t_WRD
Ufaqhh
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: CRc!|?
xH"W}-#[
?GUz?'d
Ez/\bE
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); N&I8nZ9
S2'`|uI
vJTfo#C|
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 c#{Ywh
~mXZfG/D
l:zU_J6
nE]~E xr
二. 战前分析 x2j/8]'o
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。 FVsu8z 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 2vqmsl?
%A)-m 69
oh7#cFZZ0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); nr<WO~Xw~
/* --------------------------------------------- */ hl6,#2$
vector < int *> vp( 10 ); Y7*(_P3/
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 6(N.T+;]
/* --------------------------------------------- */ Gd30Be2gd
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); #1QX!dK+
/* --------------------------------------------- */ sR"zRn
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); `ICcaRIN8I
/* --------------------------------------------- */ gx!*O<|e4
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); f?=r3/AO
/* --------------------------------------------- */ 1z})mfsh
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); -+3be(u
h1^9tz{
,+ns
{ppn
;[{:'^n
看了之后,我们可以思考一些问题: , @%C8Z
1._1, _2是什么? -H1"OJ2aF
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。 &YT_#M
2._1 = 1是在做什么? ?ID* /u|X
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。 N?qIpv/a.
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。 .sd B3x
nB cp7e
";wyNpb(
三. 动工 .9T.3yQ
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: fKL'/?LD]
GXOFk7>
to99_2
TK;\_yN
template < typename T > RGT_}ni
class assignment 8w)e/*:j
{ ? .c?Pu
T value; 8ivRp<9
public : :D"@6PC]
assignment( const T & v) : value(v) {}
;Y
Dv.I
template < typename T2 > )8pcf`h{
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } uk`T+@K
} ; zc6Ho
!"g=&Uy&
VDB$"T9#
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 a`7%A H)
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment OOCQsoN
E^b
pckP
Dz[566UD
yB-.sGu
class holder
n=f`AmF;
{ iKg75%;t
public : "#*Nnt
template < typename T > EKcC+g
assignment < T > operator = ( const T & t) const %
2I
{ "Jb3&qdU
return assignment < T > (t); LWD.
} E9^(0\Z
I
} ; ^4+r*YvcM
J1.qhy>
*Y8XP8u/
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: jMK3T
CXBzX:T?#
static holder _1; fucUwf\_
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 {UP'tXah
aQ&uC )w
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); `koOp
而不用手动写一个函数对象。 |}Q( F+cL
Af`z/:0<
W&<g} N+
$v FrU v
四. 问题分析 {5SfE$r
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。 ft{W/ * +_
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。 V?=TVI*k
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 aw1P5aPmX
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。
ir]Mn.(Y
下面我们可以对这几个问题进行分析。 <# >Oy&E
"cwR^DoD&
五. 问题1:一致性 /E)9v$!
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?| iDZrK%fl
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 M
/"gf;)q>
W3^.5I
struct holder |,3l`o
k
{ 7krh4
// EY]a6@;
template < typename T > a~WqUL
T & operator ()( const T & r) const ~u!gUJ:
{ j5zFDh1(
return (T & )r; Z)NrhJC
} +i+tp8T+7
} ; k,T_e6(
|H:<:*=6c
这样的话assignment也必须相应改动: s,w YlVYf!
9GThyY
template < typename Left, typename Right > 0Su_#".-*
class assignment N3ZiGD
{ [6_"^jgH
Left l; N?$7Z v[G
Right r; M2dmG<
public : i!L;? `F{
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 3g;T?E
template < typename T2 > d]MGN^%o
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 90p3V\LO
} ; i (0hvV>'
zwnw'
同时,holder的operator=也需要改动:
P&mtA2
m*gj|1k
template < typename T > E[UO5X
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const u^l*5F%DK
{ 7gm:ZS
return assignment < holder, T > ( * this , t); z`OkHX*+2|
} ZY)%U*jWU
Pw= 3PvkL
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 i *B:El1
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 [yC"el6PM
/tP7uVL
R
return l(rhs) = r;
qtzFg#
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 v`SY6;<2
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 66
N)
b~j~
template < typename Tp > 847 R
class constant_t %[XY67A3I
{ ?I\v0H*
const Tp t; t=i/xG: 5
public : qC..\{z
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} V}SyD(8~
template < typename T > iD<6t_8),
const Tp & operator ()( const T & r) const \e|U9;Mf
{ izf~w^/
return t; gH'_ymT=
3
} 9^!wUwB
} ; 7
5|pp
*0~M
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 n$YE !D'
下面就可以修改holder的operator=了 2m\m/O
F@1d%c
template < typename T > "<x&pQZ%
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ~0ooRUWU7
{ k}zd'
/b
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); \B&6TeR
} y
AOg\+
"5}%"-#
同时也要修改assignment的operator() {`F1u?l
/W`$yM3
template < typename T2 > 5%P[^}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } f^?uY8<
现在代码看起来就很一致了。 ;E#\
(z2Z)_6L*L
六. 问题2:链式操作 d=y0yq{L
现在让我们来看看如何处理链式操作。 2e.N"eLNt
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 xs%LRF#u
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 U` hfvTi
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 8R}K?+]
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct @!<d0_dnC
V&[eSVY?
template < typename T > U(~U!O}
struct result_1 4V$fGjJ3
{ sAYV)w3u"
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 7)J6/('
} ; {a@>6)
q{E"pyt36R
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: k"
YHsn
!| xZ6KV
template < typename T > 4LsHs
struct ref KDD@%E
{ @rwU 1T33
typedef T & reference; xGRT"U(
} ; $KX[Zu%
template < typename T > EZib1g&:R/
struct ref < T &> 7~b!4x|Z
{ CZ3].DA|z
typedef T & reference; 9!}q{2j
} ; Pz@/|&]
`(DJs-xD
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: MCU9O
s4$X
template < typename T > /.$L"u
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const (ua q<Cvg
{ :}9j^}"c3
return l(t) = r(t); /K|:9Q$K6
} FZXyfZw!|
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。
OJ/SYZ.r
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 {155b0
TJOvyz`t
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 ,J(lJ,c
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: *vnXlV4L
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 xmr|'}Pt[
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 p)3nyN=|_
最后的布局是: ia4k :\
Add =nU/ [T.
/ \ h/<=u9J
Divide 5 FP@qh
/ \ \84v-VK
_1 3 ^u)rB<#BR
似乎一切都解决了?不。 i2PZ'.sL
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。 5/MED}9C(
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。 t3b@P4c\
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: [U.v:tR
3.vgukkk5
template < typename Right > GaBTj_3
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const VT=K"`EpQ
Right & rt) const m xJXL":|
{ PAZ$_eSK6
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); | ^GyH$.
} XP?*=Z]
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 </s,pe79B
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。 v <Hb-~
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。 z[9UQU~x?
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。 I:$"E%
>=
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 *)> do
L
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? o| D^`Z
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: <I2z&
<>=mCZ2
template < class Action > ]V<-J
class picker : public Action {/}^D-
{ 'RTtE
public : QCpM|,drS
picker( const Action & act) : Action(act) {} 3t(c_:[%
// all the operator overloaded |J3NR`-R
} ; (C S8(C4[
OM:v`<T!z
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 3nFt1E
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: Y~qb;N\
\VN=Ef\E
template < typename Right > 7=k^M, a
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 2z\;Q8g){r
{ &5Y_>{,
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Hwu4:^OL|
} @-"R$HOT
9y~"|t
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > w%xCTeK[
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 s-?fUqA
m22wF>9
template < typename T > struct picker_maker AyVrk
8G
{ !wh&>3~
typedef picker < constant_t < T > > result; 'fY9a(Xt.
} ; HI!4
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > OW`STp!
{ Mqv[XHfB
typedef picker < T > result; _x % 1 F
} ; *Km7U-BG
w> 979g
下面总的结构就有了: '*R%^RK
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 4%_M27bu[
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 R^8{bP
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ^}>/n. %
至此链式操作完美实现。 zY%. Rq-
#jS[
_H\<[-l
七. 问题3 ebM{OI
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 {exrwnIZj
*<