一. 什么是Lambda h ;jsH!
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 u$\Tg3du2
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, XGL"gD
aK-N}T
eZ[#+0J
iKY-;YK
class filler jD<9=B(g
{ :ECw
\_"0$
public : C>M6&=
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 6mX: =Q
} ; 8XgVY9]Qm
eMztjN
=g1 D;
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: 1/!nV
Qve`k<Cj"
K:C+/O
7~:>WMv9
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Kgps_tY%
Gtf1}UJC
2 e)
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 gZ=)qT]Pj
;wfH^2HxE)
(]oFB$
Af$0 o=".
二. 战前分析 ?! !;XW
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 x>'?IJZ
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 /\Jc:v#Q
#xDDh`
+38Lojb}
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Sv~PXi^`H
/* --------------------------------------------- */ 4D0(Fl
vector < int *> vp( 10 ); ?|\0)wrRf
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); WReYF+Uen
/* --------------------------------------------- */ 65 NWX8f}
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); J*/$ywI
/* --------------------------------------------- */ E\W;:p,{A
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); >I{4
/* --------------------------------------------- */ P^i6MZ?
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); V>DXV-%&C
/* --------------------------------------------- */ 9
<y/Wv
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Uzy;#q
^a: Saq-}
ikeJDKSG
X+fuhcn
看了之后,我们可以思考一些问题: K%o6hBlk_
1._1, _2是什么? T
"ZQPLg
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。 @DRfNJ}
2._1 = 1是在做什么? \3,$YlG
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 % jYQ
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 8.6no
9N`+ O
yN%3w0v
三. 动工 }mkA Hmu4
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ] `b<"
[J(@$Qix
o%y+Y;|?J
bL6L-S
template < typename T > ufHuI*
class assignment 6yV5Yjs
{ ot&j HS'
T value; ;))[P_$zB
public : :T8u?@.
assignment( const T & v) : value(v) {} hlYS=cgY=
template < typename T2 > Ih9O Rp7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } rcD.P?"
} ; P*?d6v,r
T9&,v<f
zzDNWPzsA
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 4+Li)A:4.
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment %`t]FV^#
3Y.d&Nz
&VtWSq-)
<lsi.x\y<
class holder Jv '3](
{
oi%5t)VsS
public : mH7CgI
template < typename T > (@N~ j&
assignment < T > operator = ( const T & t) const 7N-CtQnv
{ *)}Ap4[
return assignment < T > (t); =N[V{2}q
} (9'G
} ; o}j_eHl{
'Kt4O9=p
%Hh &u
.
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: <
|]i
Rz])wBv e
static holder _1; S|z(
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 =X%R*~!#Of
!/=9VD{U!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); =l?"=HF
而不用手动写一个函数对象。 qW` XA
.$}Z:,aB
<Bob#Tf
~
kOlI?wc
四. 问题分析 GSUOMy[M-
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。 @ B}c4,
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。 [|m>vY!
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 &})4?5
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 .yHHogbt
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ID{Pzmt-
8O;rp(N.n
五. 问题1:一致性 }SJLBy0
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?| sbq44L)
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 wKeSPs{x
S|=rF<]my
struct holder (pRy1DH~
{ 9
up*g
// z!t3xFN&/
template < typename T > ?L~=Z\H
T & operator ()( const T & r) const A<*tn?M]
{ I_Mqh4];
return (T & )r; k*UR#z(I
} :BrnRW64
} ; ^QHMN 7r/
)oz-<zW
这样的话assignment也必须相应改动: e5:l 6`
=O}%bZ)Q
template < typename Left, typename Right > 8zB+%mcF
class assignment EcS-tE4%
{ bW 79<T'+
Left l; ko7-%+0|]
Right r; j)lM:vXR
public : MlcoOi!
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} %(wsGNd
template < typename T2 > dA M ilTo
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 7HR%rO?'
} ; 7=M'n;!Mh
A)`fD
%+
同时,holder的operator=也需要改动: bQ:3G;
R~seUW7uv"
template < typename T > 1PT_1[eAR
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const A?{aUQB~|
{ ;wYwiSVd
return assignment < holder, T > ( * this , t); .tHv4.ob
} q}76aa0e
E )Zd{9A5)
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。 m} FCe
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ;H#R{uR_<
vng8{Mx90*
return l(rhs) = r; >=q!!'$:
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。 6[Pr<4J
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: %_X[{(
=w>>7u$4
template < typename Tp > 4@V <Suw
class constant_t B#V4
{ m#}{"d&J
const Tp t; GT`<jzAi Q
public : 0T{Y_IG
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 9[]"%6
template < typename T > gQzJ2LU(
const Tp & operator ()( const T & r) const 0_xcrM
{ bU +eJU_%
return t; J;]@?(
} (k HQKQmq
} ; YI(OrR;V
H f mMf^c
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 gu%'M:Xe
下面就可以修改holder的operator=了 }mS0{rxD4
x`|tT%q@l
template < typename T > J$ih|nP
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const +`vZg^_c`
{ qZ]VS/5A
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); (j 8,n<o
} Q8/0Cb/
D@vvy6>~s
同时也要修改assignment的operator() ';L^mxh
O=?X%m #
template < typename T2 > y.]]V"'2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ((IBaEq
现在代码看起来就很一致了。 RlPByG5K
co%_~xO
六. 问题2:链式操作 L"^366M!
现在让我们来看看如何处理链式操作。 0 Ln5e.&
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。 1R~WY'Ed
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。 25@j2K (
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}S4Zz18
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ?kxWj(D
,ce^"yG
template < typename T > EF^=3
struct result_1 Ol5xyj
{ %_=R&m'n`
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; f?I *`~k
} ; Jt,
4@
=Bqa<Js
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: HnY"6gTNK
aZCT|M1
template < typename T > `Q^Sm`R
struct ref KIl.?_61O
{ m-FDCiN>
typedef T & reference; &B,& *Lp
} ; .E8p-R5)V>
template < typename T > EuA<{%i
struct ref < T &> 7?WBzo!!L
{ w=>mG-
typedef T & reference; +rO<'H:umJ
} ; 4'[ V'c\
uiEA=*axp
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: /<pQ!'/G
9F1stT0G%
template < typename T > 05LQh
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const [)0 k}
{ +7OT`e
%q
return l(t) = r(t); exKmK!FT
} 4'b]2Mn3
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。 v!9Imf
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 "fJ|DE&@<i
&+iW:
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 D)Rf
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 0lh6b3tdP
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 yC*B OJS
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 1)r _h(
最后的布局是: ^TuEp$Z=
Add ]+7c1MB(5
/ \ O +}EE^*a
Divide 5 ]Wm ?<7H
/ \ &nw~gSe
_1 3 Ou,_l
似乎一切都解决了?不。 ZTC1t_
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。 z6r/
w
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。 Z*3}L
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: 0!
%}
80>!qG
template < typename Right > 2![W
N*N>O
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const $s!meg@s
Right & rt) const 7V``f:#d
{ FQ1oqqr
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 3(p6ak2lv
} xmx;tq
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 wcT6d?*5
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 '
uw&f;/E
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 WfO$q^'?DP
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。 ;>Qd )'
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。 Wy )g449
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? N\&;R$[9:
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: DK%eFCo<~
zD-8#H35X"
template < class Action > XnOl*#P
class picker : public Action e1Hx"7ew_
{ Z`t?kXDNoI
public : 5~0;R`D
picker( const Action & act) : Action(act) {} @'4D9A
// all the operator overloaded giJyMd}x
} ; Jj:4@p:
Z+7S,M
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 OG`Oi^2
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: z(eAwmuli
DL_\luh
template < typename Right > RVnYe='
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const WE]^w3n9
{ DboqFh#]=h
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); KZNyp%q
} _AHVMsz@
DBDfBb
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > v%[mt`I
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 9Z
4R!Q
cqp#1oM4M
template < typename T > struct picker_maker ZeZwzH)BD
{ p6)UR~9Rs
typedef picker < constant_t < T > > result; 'h6RZKG T
} ; UtrbkuT
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > P0=F9`3wb
{ rg~CF<
typedef picker < T > result; a=dN.OB}F7
} ; y"ck;OQD
p3' +"sFU
下面总的结构就有了: &EOh}O<
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 Ui&$/%Z|
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。 X;NTz75
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 %Z4=3?5B"9
至此链式操作完美实现。 V^i3:'
T\>=o]
,}0pK\Y>$
七. 问题3 .bGeZwvf:G
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。 (Q+3aEUE
9h{G1XL
template < typename T1, typename T2 > _JH6bvbQ
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const cw\a,>]H
{ x7?{*w&r
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); rGWTpN
} Xk$lQMwZ
.w~USJ=X
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: )EoG@:[
BR'|hG
template < typename T1, typename T2 > ~7
TzUb
struct result_2 u+_#qk0NfK
{ *$!LRmp?
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; '\Ub*m((1O
} ; Qp,l>k
TfPx
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? MR}\fw$(.
这个差事就留给了holder自己。 |=POV]K
x3Uv&
:-)[B^0
template < int Order > EIRf6jL
class holder; V_* ^2c)
template <> OBZj-`fq J
class holder < 1 > X#y l8k_
{ @!$NUY8,A#
public : rxARJso
template < typename T > 2wd(0K}b
struct result_1 $c-3Q|C
{ i*<,@*
typedef T & result; ]Gr'Bt /
} ; MYDSkW
template < typename T1, typename T2 > dQ[lXV[}v
struct result_2 *u}):8=&R
{ }W<L;yD
typedef T1 & result; mI# BQE`p6
} ; EB#z\
template < typename T > yl}Hr*
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 7@F B^[H:y
{ abND#t
return (T & )r; [H6>] &
} S,H{\c
template < typename T1, typename T2 > /2:r}O
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const MD7[}cB
{ 1 .M?Hp9i
return (T1 & )r1; u2t<auE9^
} R|suBF3
} ; jhLh~.
8
D&shrKFx
template <> m{*l6`dF
class holder < 2 > CbZ1<r" /
{ )~`zjVx_
public : jnTl%aQYc
template < typename T > NQAnvX;
struct result_1 sCUPa-cHF
{ gJ])A7O
typedef T & result; +K?h]v]%
} ; ')BQ 0sg
template < typename T1, typename T2 > so7;h$h!H
struct result_2 ;VuIQ*@m"
{ <