一. 什么是Lambda {fn!'
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 >[=^_8M
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, _[ZO p ~
<
F+l
)gy!GK
QbpFE)TYJ|
class filler D]Xsvv
#
{ )
M BQuiL
public : w%BL
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} M} v/tRI
} ; 54li^
+pn
N!:q
cY. bO/&l
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: ><HE;cVg?
l}sjD[2
W'+:'_{ j:
n3
r3"~i
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); j
Dv{/)
_8UDT^?8,
u.Tcg^ v
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 L.0mk_&
]G< Vg5
a ]tVd#
Q%mB|i|
二. 战前分析 ':m,)G5&
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。 m<"WDU?y;
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 HYSIN^<oy
tr}Loq\y
mZ"4&U
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); `t'W2X
/* --------------------------------------------- */ {
W{]L:
vector < int *> vp( 10 ); o.\F.C$
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); N `F~n%N
/* --------------------------------------------- */ 7 X'u6$i
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); R2]Z kg
/* --------------------------------------------- */ k%QpegN
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); dP]\Jo=Yh
/* --------------------------------------------- */ `W/>XZl+t
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); CDR@
`1-
/* --------------------------------------------- */ :mn>0jK,N
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Cg?&wj<
d;9FB[MmOJ
<.izVD4/Gg
*QQzvhk
看了之后,我们可以思考一些问题: {v;&5! s
1._1, _2是什么? =uYYsC\T
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/=l|!JKLz
2._1 = 1是在做什么? {w^+\]tC
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。 dNL(G%Qj+"
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。 M>ruKHipFE
6?~"V
0eu$ W
三. 动工 3r."j2$Hs0
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: zz4N5["
ktBj|-'>
YRN06*hS
v+#}rUTF
template < typename T > OL,TFLn4
class assignment ^qQZT]
{ |My4SoOF
T value; FOy|F-j
public : 8=uu8-l8g
assignment( const T & v) : value(v) {} x$Oq0d{T
template < typename T2 > kH7(@Pa
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 3e;^/kf<9
} ; ]B3=lc"
OGg># vj,s
po Vx8oO8
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 bU:EqW\( ^
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment `q*M4,
k=JrLfD4
qjdMqoOCjl
v~V!ayn)wQ
class holder eMY<uqdw
{ ah0`KxO]
public : #
,_u_'C*!
template < typename T > dS!:JO27
assignment < T > operator = ( const T & t) const *ipFwQ
{ MUREiL9L|
return assignment < T > (t); r@t9Ci=}
} Mh/dpb\Z
} ; *<jAiB,O*
Q1
$^v0-)
{NFr]LGOp
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: >\=3:gb:
"wnzo,
static holder _1; ;=;
9tX
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 {rH@gz|@i
6GSI"M6s
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); LzXmb 7A
而不用手动写一个函数对象。 ,\
h!.^?NF
^N;.cY
TNY&asQo
四. 问题分析 s ;oQS5Y
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 1o;J,dYu
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 xLWwYK
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 !1DKLQ
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 =JbRu|/
下面我们可以对这几个问题进行分析。 dq&yf7
s!c`=
五. 问题1:一致性 9c#+qH
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| {kCw+eXn?
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 p~^D\jR.
IsM}'.
struct holder ]#l/2V1
{ 9m<jcxla$
// PHXZ=A+
template < typename T > &cHV7
T & operator ()( const T & r) const `c5"d
{ bg&zo;Ck8T
return (T & )r; X>(TrdK_9"
} Avd
^
} ; )d1_Wm#B
,PuL{%PXu
这样的话assignment也必须相应改动: r1.nTO%
$.PuK~}
template < typename Left, typename Right > 'y2nN=CN
class assignment uK$9Ll{lk
{ q[`]D7W
"
Left l; 6[LM_eP
Right r; BJB^m|b)
public : D2!X?"[P
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} UAFwi%@!-q
template < typename T2 > Xti[[s J
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } O[s{ Gk'>
} ; s'a/j)^
eg?<mKrZ
同时,holder的operator=也需要改动: Hl/
QnI!
BuWHX>H
template < typename T > P'*)\faw
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const V=qwwYz~
{ pP?MWe
Eg
return assignment < holder, T > ( * this , t); cc&axc7I
} Xg
SxN!I
v'qG26
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 Co9QW/'i
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ^ZhG>L*
fA<[f
return l(rhs) = r; (m.ob+D
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 o/6-3QUak
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: V\6[}J
Q6AC(n@:FV
template < typename Tp > wztA3ZL*W1
class constant_t -/cZeQDPb
{ ,M6Sy]Aj
const Tp t; C>$E%=h+_
public : 2H6,'JK@F
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} j =WST
template < typename T > qg!|l7e
const Tp & operator ()( const T & r) const ~j5x+yC
{ #iWSDy
return t; R_68-WO
} ]Nl=wZ#`
} ; 2viM)+
:Jy'#c
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 C] 9p5Hs
下面就可以修改holder的operator=了 U{z9>
*@Y3oh}S
template < typename T > 6s\Kt3=
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const M^iU;vo
{ RIE5KCrGB
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Y$Y_fjd_
} &)vC;$vD`
jhu&&==\f
同时也要修改assignment的operator() T ;vF(
GXjfQ~<]
template < typename T2 > C;`XlQG `
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Bj}^\Pc;}
现在代码看起来就很一致了。 {>,V\J0p
!V\Q<So<
六. 问题2:链式操作 T
G{k0cdOT
现在让我们来看看如何处理链式操作。 t{FlB!jv
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。 ;._7jFj.
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。 8&~~j7p,
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。 no]z1D
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct wUQw!%?>
80&.JP.
template < typename T > TJ'[--
struct result_1 D3^7y.u<)
{ 'XofD}dm
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; I_%a{$Gjl
} ; ?(m
jx
vR=6pl$|~~
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: AfP'EP0m
9D}/\jM
template < typename T > *gF<m9&
struct ref d/|D<Sb[s
{ Q~Hh\L t
typedef T & reference; E}_[QEY;Y
} ; Ns0cgCrhX
template < typename T > vRxM4O~"
struct ref < T &> (_*5oj-
{ !x>%+&c>k
typedef T & reference; T?1Du"d8
} ; \uq/x^?yo
!$Tw^$n
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: n;p:=\uN
0}FOV`n
template < typename T > /43-;"%>
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const *^wB!{.#
{ 'vq:D$A
return l(t) = r(t); k`9)=&zX+
} <[J[idY1he
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。 -,aeM~
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 |vMpXiMxxT
R:AA,^Z
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 -0eq_+oQ
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 5"]~oPK
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 P"?FnTbv[
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 7Wa?$6d
最后的布局是: pge++Di
Add ?@t d
/ \ :nS;W
Divide 5 G,<T/f
.{$
/ \ A'K%WW*'U
_1 3 ]I.n\2R]om
似乎一切都解决了?不。 d90Z,nex
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。 7GSV
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。 G #T<`>T
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: B_l{<
m6yIR6H
template < typename Right > t"lyvI[
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const p,<&zHb>K
Right & rt) const `)h6j)xiQ
{ s/e"'Hz
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); {d%&zvJnD
} 1w0OKaF5
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 )wtaKF.-
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。 ;.Ie#Vr1N
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。 CBKkBuKuk
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。 (ihP`k-.
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。 H:JLAK
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? W85@v2b
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: Dbaf0
w[-Fm+A>
template < class Action > e{9jn>\,a
class picker : public Action j ! NO|&k
{ {"H2 :-t<
public : 1?Aga,~k:a
picker( const Action & act) : Action(act) {} ph|ZG6:
// all the operator overloaded \cJ-Dd
} ; $]&(7@'qo
W Qzj[
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 GOB(#vu
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 7"*|2Xq
\mN[gT}LHm
template < typename Right > Q U
F$@)A
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const G02m/8g3
{ }o,z!_^PLQ
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); .LRxP#B
} 3PUAH
4^'3&vu
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > m&oi8 P-6
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。 x/MZ(A%D
Ekm7 )d$
template < typename T > struct picker_maker 6V+ qnUk
{ nCvPB/-
typedef picker < constant_t < T > > result; ] 43bere
} ; i=32KI(%
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > V'2EPYB
{ ^Ori|
4}'
typedef picker < T > result; l
n}}5Q
} ; "%QD{z_L
m:O(+Fl
下面总的结构就有了: y8bM<e2
U
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。 {,j6\Cj 4
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。 Pe~`16f
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 k)FmDX
至此链式操作完美实现。 &?p:3%;Dr
6Bm9?eU0
0-3rQ~u
七. 问题3 )W&>[B
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。 Qc{RaMwD
1GE|Wd
template < typename T1, typename T2 > Q1&P@Io$
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const :y,v&Kk#T
{ 8Chu"PM%-J
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Ei@M$Fd
} hvt@XZT
? {F{;r
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: 6vf\R*D|A
*NSlo^R-[
template < typename T1, typename T2 > ;;gK@?hJ
struct result_2 c| '
w
{ \Z-2leL)j
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; :H[\;Z1_
} ; 2$zU&p7sV
Q\J,}1<`6
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? }yEoEI`
这个差事就留给了holder自己。 9<]a!:!^
:Px\qh}K
)yb+M ez
template < int Order > SHqyvF
class holder; =j
/hl
template <>
I7\
&Z q
class holder < 1 > FFGqa&
{ nyT[^n
public : zy N (4
template < typename T > EZ(^~k=I
struct result_1 g"!\\:M
{ -lRhz!E]
typedef T & result; [~k]{[NJ
} ; (%Oe_*e}Y
template < typename T1, typename T2 > z]$j7 dp
struct result_2 vh>{_
#
{ DcV<y-`'1
typedef T1 & result;
8R69q:
} ; af+}S9To
template < typename T > ZAg;q#z j
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 3On
JWuVfZ
{ ke.7Zp2.R
return (T & )r; GZ0aOpUWVq
} "gNK><
template < typename T1, typename T2 > <3 j~=-
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const h K}bj
{ 2neRJ
return (T1 & )r1; ]?9[l76O7
} D)&o8D`
} ; n*qN29sx
abY0)t
template <> Gbd?%{Xc-
class holder < 2 > 3BMS_,P
{ R~B0+ :6
public : udT xNl!
template < typename T > 6|;0ax4:P
struct result_1 `f ' C[a"
{ fEu9Jk
typedef T & result; +>3]%i-\
} ; It
2UfW
template < typename T1, typename T2 > qZG-Lh
struct result_2 4&}\BU*
{ dB|Te "6
typedef T2 & result; u2`xC4>c
} ; 8g5V,3_6
template < typename T > gB CC
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const {>.>7{7
{ S+*cbA{J|
return (T & )r; ;x>;jS.t
} ~!
Lw1]&
template < typename T1, typename T2 > .wFU:y4r
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const z(d4)z 8'6
{ lfMH1llx
return (T2 & )r2; K
M]Wl_z
} (4)3W^/kk?
} ; $k(9 U\y-
(
ji_o^
!5;t#4=
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 I>m;G
`
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: 7L{li-crI
首先 assignment::operator(int, int)被调用: p6blD-v
!=M/j}
return l(i, j) = r(i, j); 6bL"LM`s
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) lgG8!Ja
.D@/y uV
return ( int & )i; !yCl(XT
return ( int & )j; 6IF|3@yD
最后执行i = j; >
I%zd/q?
可见,参数被正确的选择了。 UIw?;:Y
s4IKSX
ip5u_Xj?
r|8V @.@i
x\;GoGsez
八. 中期总结 3Bd4
C]E
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: dt.-C_MO
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 zlX!xqHj
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 >DmRP7v
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor chwh0J;
vadM1c*z
0O['w<_
anitqy#E
xXa#J)'
#HcI4j:s!
九. 简化 )9pBu
B
很明显,要支持一个操作符所要做的工作太多了,而且在每个functor中申明result_1至result_n,可见如果n发生变化,维护的开销极大。 s @M
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 kOM-
首先,我们注意到result_x的形式很统一。对于各种操作符,其返回值无非下列几种: LI$L9eNv;Y
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 )O-sWh4
+-*/&|^等 F0: &>'}
2. 返回引用。 bG1 ofsU
=,各种复合赋值等 d:$G|<