一. 什么是Lambda No(p:Snbo
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 B098/`r
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, +<TnE+>j
Pkq?tm$#
P_y8[Y]?
9|K3xH
class filler (Z)F6sZ`8
{ EW Z?q$
public : \|wUxijJ*,
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} <<iwJ
U%:
} ; x[m&ILr
I}!ErV
{wS)M
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: {zmh0c;|
pI]tv@>:f
xn BL{
[]
O)EA2`)E
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Ug~]!L
m,1Hlp
W6y-~
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 'U|Tye i?
O&vE 5%x
gd=gc<z YP
a}#8n^2
二. 战前分析 D>>?8a
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。 rd\:.
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 iQ7S*s+l5O
na)-'
G Ch]5\
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); -&UP[Mq
/* --------------------------------------------- */ []#>r
k~
vector < int *> vp( 10 ); =TcT` ](o
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); y<0RgG1qp
/* --------------------------------------------- */ NJqjW
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); !\(j[d#
/* --------------------------------------------- */ %7vjYvo>
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Jp#Onl+d6
/* --------------------------------------------- */ @5tW*:s
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); s/cclFji]
/* --------------------------------------------- */ =IC
cN|
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); R/BW$4/E
J.;{`U=:
xJemc3]2
O3];1ud
看了之后,我们可以思考一些问题: 1Bl;.8he.)
1._1, _2是什么? u}~j NV
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。 k&M9Hn2
2._1 = 1是在做什么? _=*ph0nu
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。 O_bgrXg6x
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。 Dqz9NB
*F)+- BB
J4VyP["m
三. 动工 6upCL:A~r
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 90rY:!e
[)S7`K;
kE`V@F
D&C83^m
template < typename T > \:[J-ySJ
class assignment ^W)h=49PN
{ "u=U@1 ^
T value; b>_eD-
public : -z6{!
assignment( const T & v) : value(v) {} e4rhB"qQdn
template < typename T2 > }]K^b1Fs5
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Ee0}Xv
} ; `=FDNOwp
y'#i'0eeL
PrwMR_-
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 -s5>GwZt
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 2"IsNbWV
hF4gz*Q
E2%{?o
27CVAX ghV
class holder 898=9`7e
{ _W +
public : 4w<4\zT_U}
template < typename T > J\fu6Ti
assignment < T > operator = ( const T & t) const 6M-Y`T`J
{ M
s5L7S
return assignment < T > (t); JrA\ V=K
} \[MQJX,dn
} ; _ giZ'&l!
WJJwhr
L2P#5B!S
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: *s[bq;$
3^x
C=++
static holder _1; 66jL2XU<
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 HgfeSH
xmp^`^v*
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); CgxGvM4
而不用手动写一个函数对象。 O\=c&n~`
Vh o3I[C
3`3`iN!8\@
ckCb)r_
四. 问题分析 oe,37xa4
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。 v[t*CpGd
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。 GDBxciv
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 gPYF2m
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 _`LQnRp(
下面我们可以对这几个问题进行分析。 tLc9-
=xX)2h
五. 问题1:一致性 blHJhB&8
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?| #OE]'k
Ss
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 <
X&{6xu
}
0^wJs
struct holder Z<M?_<3
{ ,{rm<M.)
// B$)&;Q
template < typename T > B!iz=+RNC1
T & operator ()( const T & r) const )HPe}(ypt
{ ^Ox|q_E
w}
return (T & )r; LkA_M'G
} QT[yw6Z
} ; R3\oLT4
:^92B?q
这样的话assignment也必须相应改动: HAOl&\)7"_
v==]v2-
template < typename Left, typename Right > S{. G=O
class assignment uU;]/
{ v5Qp[O_
Left l; #G`UR
Right r; W]l&mr
public : :3$$PdZ
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ,MRAEa2
template < typename T2 > fBZAO
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } <~ 9a3c?
} ; nPh|rW=
U5!T-o;3}
同时,holder的operator=也需要改动: `:&jbd4H
B^yA+&3HI
template < typename T > >56I`[)
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const }US^GEs(
{ c u:1|gt
return assignment < holder, T > ( * this , t); Ed$;#4
} L28DBj E)A
}k7t#O
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。 +;*dFL
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Tu*"+*r>s
!caY
return l(rhs) = r; )~CnDk}^R
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。 jXCSD@?]K
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: vD@=V#T
L%sskV(
template < typename Tp > YKtF)N;m]
class constant_t F-SD4a
{ z&x3":@u<
const Tp t; =FfxHo1k
public : @}[yC['
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} {!G
template < typename T > kl/eJN'S
const Tp & operator ()( const T & r) const gLGu#6YVu
{ (s?Rbd
return t; 8kA2.pIk
} =k+nC)e
} ; e <]^7pz
xLp<G(;
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 -Nn@c|fz
下面就可以修改holder的operator=了 YB&b_On,f
'Bc{N^
template < typename T > E!_mXjlPc
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const WVa#nU^
{ LFHzd@Y7"
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 5UU1HC;C
} ~0 5p+F)
TcjTF|q>
同时也要修改assignment的operator() Utv#E.VI
[>^xMF]$2
template < typename T2 > %n7Y5|Uh
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ~,jBm^4
现在代码看起来就很一致了。 sCi"qtHP
y8k*{1MuO
六. 问题2:链式操作 M`jqUg
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ,|u^-J@
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。 %hnv
go:^g
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。 xQ{n|)i>
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。 "?r=n@Kv
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 45+w)Vf!
@s[Vtw%f
template < typename T > dH8^\s .F
struct result_1 '1u!@=.\G
{ fP:26pK^
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; h'D-e5i
} ; RD1N@sHDKc
U0Q:sA U
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: NrTK+6 z
e_iXR#bZc
template < typename T > yi-S^
struct ref =:~%$5[[
{ }g@5%DI]
typedef T & reference; yv&VK ht
} ; sb^%eUU])
template < typename T > N%:)M T,&g
struct ref < T &> U!xOJ
{ nS`DI92I
typedef T & reference; N=hhuKt]
} ; n@
rphJb
oI/jGyY;
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: LEJ8 .z6$
\8 ~`NF
template < typename T > ;uK">L[u'
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const nGvWlx
{ `EjPy>kM
return l(t) = r(t); _h2s(u
>\
} E,fG<X{
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。 GLIe8T*ht
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 N9s ,..
H|]~(.w 1}
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 vI)-Zz[3
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: J#L"kz
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 M1sR+e$"
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 K$K6,54y
最后的布局是:
&1k2J
Add ?jDdF
/ \ R,'`
A.Kk
Divide 5 Q8^fgI |
/ \ _#2AdhCu
_1 3 ecjjCt2S
似乎一切都解决了?不。 9N?BWv}
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。 DQ a0S7I
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。 a1p}y2
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: {Al}a`da
<l,Kg
'v
template < typename Right > 2G4OK7x
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const e?"XMY
Right & rt) const X=Th
{ 'I tsu~fza
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 6,D)o/_
} Uz&XqjS
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 = @UgCu>=
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。 N8s2v W
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。 No1*~EQ
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。 H$j`75#u?-
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。 ) C?emTih
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? :gvw5h%
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: HRPNZ!B
h9B^U?<wT
template < class Action > 5V{ B,T
class picker : public Action qxR7;/@j )
{ :W++`f&
public : 0i4X,oHjG
picker( const Action & act) : Action(act) {} ?'I[[KuG
// all the operator overloaded i5QG_^X&
} ; eb uR-9
Ki"o0u
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。 $xWebz0
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: e{8j(` (;#
9w%|Nk>=>
template < typename Right > X9d~r_2&m<
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const /61P`1y(J
{ f"8!uE*;
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); JDIQpO"Qji
} cc"L> XoK
w,'"2^Cwy
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > "gR W91
T
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。 3*DwXH +
BV9%|
template < typename T > struct picker_maker lQnl6j
{ cjd Z.jR2
typedef picker < constant_t < T > > result; ;g0p`wV
} ; DKcg
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > \8 I>^4t'/
{ ?2#v`Z=L;
typedef picker < T > result; K1F,M9 0]
} ; !E0zj9 [ R
-}h+hS50F
下面总的结构就有了: vw'`t6
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。 NvZ )zE
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。 axRzn:f
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 7:Jyu/*]
至此链式操作完美实现。 Pd,+=
ML
eTV%+
Mk*&CNo3
七. 问题3 #..-!>lY
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。 %/86}DCfE?
~m]sJpW<"
template < typename T1, typename T2 > E27N1J+1
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const m}x&]">9
{ |CC(`<\R
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); `@Q%}J
}
_>G=v!
w_gPX0N}3n
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: }WN0L?h.E
i&r56m<