一. 什么是Lambda O_E\(So
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 hJ)\Vo
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, a>05Yxw
:
\{>+!`w
=7e|e6
4 !q4WQ ;
class filler .wdWs tQ
{ !nm[ZrSP
public : 5W Z9z-6
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} !,SGKLs.m
} ; Q;V*M
Fm{/&U^
71RG1,
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: @|=JXSr!KY
X\=m
]-rhc.Gk@1
,k9@%{4 l
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); EMTAl;P
u|G&CV#r
vqeWt[W
v
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 XEUy,>mR
:rdw0EROy
9Kpzj43
M*+MhM-
二. 战前分析 tc|`cB3f
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。 0\y{/P?I$
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 fQ[&
^S$
[|vE*&:uO
@)\{u$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1xBg^
/* --------------------------------------------- */ MF41q%9p
vector < int *> vp( 10 ); z#j)uD
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); O(_a6s+m
/* --------------------------------------------- */ rUz-\H(-
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); doX8Tq
/* --------------------------------------------- */ G
$F3dx.I
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); San=E@3}v!
/* --------------------------------------------- */ sC<
B
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); }C'H@:/
/* --------------------------------------------- */ #GlQwk3
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 5n1aRA1
ZCcKY6b
sOf;I]E|
.{=|N8*py8
看了之后,我们可以思考一些问题: id" -eMwp
1._1, _2是什么? w,s++bV;L
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#XYR>[
2._1 = 1是在做什么? v/s6!3pnl
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。 b3vPGR
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。 fOHgz,x=
)-u0n],
`pTCK9
三. 动工 gZg5On
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: W ZAkp|R
'g@Yra&09
S>6f0\F/Y%
J8;l G
template < typename T > FG6bKvEQm^
class assignment jG E=7
{ [bK5q;#U4
T value; >QcIrq%=
public : $Ith8p~
assignment( const T & v) : value(v) {} !EuqJjh
template < typename T2 > -aV!ZODt
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } f~rq)2V:
} ; 2C&G'@>
g,YJh(|#{
O^L#(8bC
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 70MSP;^
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ?nwFc3qw
;UnJrP-if
C@ns`Eh8w
nRSiW*;R
class holder #J):N
{ m) -DrbE
public : 5L!cS+QNU
template < typename T > +{5y,0R
assignment < T > operator = ( const T & t) const h8)m2KrZ!.
{ vUNmN2pRJ
return assignment < T > (t);
A|90Ps
} fK?/o]vq
} ; 5dNM:1VoE
Bokpvd-c7
Ht,dMt>:
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: V:Lq>rs#
|({ M8!BS
static holder _1; Y;uQq-C P
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Z6S?xfhr'{
Mnx')([;W
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); S!r,p};
而不用手动写一个函数对象。 NU <K+k
{}A1[Y|
'Y;M%
@,i_Gw)
四. 问题分析 u;/5@ADW
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。 V0O6\)/.
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。 NE1n 9
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 %vZTD+i
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 6oA2"!u^w
下面我们可以对这几个问题进行分析。 I%Yeq"5RB
<}
BuU!
五. 问题1:一致性 k7cM.<s!
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?| QO;OeMQv%
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 #<k L.e[
:5DL&,,Q3
struct holder |H%[tkW6c
{ Gkr?M^@K
// }9FAM@x1K&
template < typename T > iS@+qWo1
T & operator ()( const T & r) const H-g
CY|W
{ +WTO_J7
return (T & )r; qH9bo-6
} )a=58r07
} ; qZwqnH
t"Tv(W?_
这样的话assignment也必须相应改动: :g~X"C1s
PZ[hH(EX
template < typename Left, typename Right > DKnlbl1^?
class assignment _t7}ny[
{ [~v1
Left l; 9:v0gE+.
Right r; Q8GI;`Rb
public : N7l`-y
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} <uKd)l
template < typename T2 > _B6W:k|-7l
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } W3E7y?
} ; /9o
gg
cqSo%a2
同时,holder的operator=也需要改动: vvwQ/iJO4Q
\\d!z-NOk?
template < typename T > >gSiH#>
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Pz77\DpFi
{ ~\]lMsk+
return assignment < holder, T > ( * this , t); ;RUod .x
} EU,f;H
r
Y#^C
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。 0n)99Osq(u
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 R[vA%G
- xE%`X
return l(rhs) = r; Po*G/RKu4W
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。 ??
2x* l1
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: E-v#G~
|]UR&*
template < typename Tp > N/V~>UJ0{*
class constant_t sL",Ho
{ 1{Kv
const Tp t; ODFCA.
t
public : WXmR{za
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} d$}!x[g$Z
template < typename T > @ i*It Hk
const Tp & operator ()( const T & r) const u_ *DS-
{ (O-.^VV
return t; $TZjSZ1w
} #e*jP&1S
} ; 9=5xt;mEs}
/!A?>#O&.
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 f j:q>}V
下面就可以修改holder的operator=了 !3;KC"o
jM5w<T-2/
template < typename T >
<
pWk
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const +zL|j/q ?
{ duq(K9S
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); W20H4!G
} oksAQnQe
L}Rsg'U
同时也要修改assignment的operator() {Lg]chJq?
A9;!\Wo
template < typename T2 > r>,s-T!7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } UpFm3gKF
现在代码看起来就很一致了。 I(Gl8F\c~
Y9r##r+
六. 问题2:链式操作 k/,7FDO?m
现在让我们来看看如何处理链式操作。 h6;vOd~%
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。 jzb%?8ZJ
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。 |6o!]~&e$1
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 pybE0]
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct #<o=W#[
!4vepa}Y
template < typename T > n]x%xnt
struct result_1 ! lxq,Whr{
{ `)TuZP_)
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; c_Lcsn
} ; EGw;IFj)
vT{+Z\LL=
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: svRYdInBNu
C-tkYP
template < typename T >
i38`2
struct ref +[B@83
{ +aZcA#%
typedef T & reference; T?k!%5,Kj
} ; ,JqCxb9
template < typename T > &[W53Lqa
struct ref < T &> E@/*eJ
{ JuD&121N*
typedef T & reference; :v B9z
} ; &B?*|M`)k
F&u)wI'
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ?^gq
>!3r7LgK
template < typename T > qtlcY8!
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const L]Dq1q8`
{ M{4U%lk
return l(t) = r(t); b<27XZ@
} a&!K5(
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 36MNaQt'e
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 %?m_;iv
6mmc{kw'
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么
{v}BtZ
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Px?zih!6
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 S~hoAl"xb/
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 i5#4@ 4aC
最后的布局是: MG:eI?G/'
Add sH51 .JG
/ \ &2sfu0K
Divide 5 ^E&WgXlb
/ \ !6FO[^h||H
_1 3 {NUI8AL46A
似乎一切都解决了?不。 ksy]t|
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 5kLz8n^z@@
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 JXQh$hs
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: T!X`"rI
+!cibTQTT
template < typename Right > p+#]Jr
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const v(P5)R,
Right & rt) const #pnB+h&tE
{ Oh5aJ)"D
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); R q`j|tY
} G]zyx"0Sqb
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 &P&VJLA