一. 什么是Lambda :.VI*X:aQh
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Etj0k}
A
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, %>];F~z
0 _n
Pq
Ru&>8Ln0
a-\M)}T
class filler 6%-RKQi
{ L'Yg$9 Vz
public : c*m7'\
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} mp'Z.4
} ; LL0Y$pHV
K'6NW:zp~
OfE>8*RI4
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: Mzg zOM
c 5%uiv]
X[SdDYMY
2\4ammwT
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 04j]W]8#
=8o$
5n0B`A
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Sux/='
gR\z#Sg
MQ#nP_i
_\2Ae\&c
二. 战前分析 xS'Kr.S
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。 h&|S*
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 ShIJ6LZ
`MLOf
]Pp}=hcD
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); f,} (=
u
/* --------------------------------------------- */ /!i`K{
vector < int *> vp( 10 ); bo-AM]
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); &E?TR
A# E
/* --------------------------------------------- */ {}n]\zO %
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 3>'TYXs-
/* --------------------------------------------- */ cb3Q{.-.#
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ZLGglT'EW>
/* --------------------------------------------- */ /g]NC?
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); IDY2X+C#U
/* --------------------------------------------- */ !,cLc}a
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 6"L,#aKm^
"*bP @W
o#Viz:
zk;'`@7
看了之后,我们可以思考一些问题: f=EWr8mno
1._1, _2是什么? Ql1J?9W
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。 eY V Jk7
2._1 = 1是在做什么? z 0}JiW R
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。 D#k ~lEPub
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。 u~~H'*EM
%MM)5MsB
`9Rj;^NJ
三. 动工 \zT{zO&!
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: BO,xA -+
Be~'@
5-RA<d#
%HD0N&
template < typename T > W]oILL"d
class assignment 8+,I(+
{ OQJ#>*?
T value; 6QYHPz
public : ujf]@L?
assignment( const T & v) : value(v) {} #z5$_z?_
template < typename T2 > so>jz@!EE
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } $vLGX>H
} ; 98rO]rg
.Cu0G1
u*m|o8
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 @s|G18@
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Y '+mC
;U&~tpd
B;^1W{%J
UlMc8 z
class holder b:Tv
Ta
{ ANRZQpnXQ
public : LL_@nvu}M
template < typename T > |vPU]R>6
assignment < T > operator = ( const T & t) const
WjsmLb:5
{ M#.dF{%%
return assignment < T > (t); Ms=N+e$n
} $YiG0GK<"
} ; %%T?LRv
C*stj
^Z+p_;J$p
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: rM`z2*7%d
H-qbgd6&>R
static holder _1; jfU$qo!gi
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 717OzrF}A?
8xt8kf*k
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 4jw q$G
而不用手动写一个函数对象。 _/NPXDL
)tx2lyY:
9hei8L:
Ov;q]Vn>
四. 问题分析 "9#hk3*GqX
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。 J6mUU3F9f
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。 :0kKw=p1R
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 2Mu3]2>
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 { ^Rr:+
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ;qs^+
>-j([%
五. 问题1:一致性 XG!^[ZDs
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?| +fN2%aC
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ?!u9=??
OyQ[}w3o|
struct holder s{:Thgv,9
{ K?u:-QX^
// Ie}7#>S
template < typename T > Jow{7@FG
T & operator ()( const T & r) const
Q">wl
{ (@NW2
return (T & )r; c1xX)cF
} }Xb|Ur43
} ; Flaqgi/j
\rY\wa
这样的话assignment也必须相应改动: 2S//5@~_m
E %?>
%h
template < typename Left, typename Right > Xdh@ ^`
class assignment ;;N#'.xD
{ +4F; m_G6
Left l; _^D -nk?
Right r; F$S/zh$)0
public : y]g5S-G
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} [W99}bi$
template < typename T2 > g,B@*2Uj
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } } x
KvN
} ; @QDUz>_y
,xutI
同时,holder的operator=也需要改动: M hjIE<OI=
C'PHbo:
template < typename T > lNMJcl3
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 2RdpVNx\y
{ `)NTJc$):
return assignment < holder, T > ( * this , t); CdKs+x&tZ
} AMN`bgxW
ypNeTR$4
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 p2gu@!
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 .uB[zJc
o\qeX|.70
return l(rhs) = r; 0R;`)V\^
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 _8 l=65GW
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Q6n8 ,2*
~ujg250.L
template < typename Tp > [6?x 6_M
class constant_t EcPvE=^c
{ GuF-HP}xM
const Tp t; %;#9lkOXWH
public : ;L,yJ~
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} D=B :tP
template < typename T > &`_|[Y ]H
const Tp & operator ()( const T & r) const eGUe#(I /
{ 'cY@Dqg1
return t; '.e5Ku
} {JM3drnw
} ; `F~Fb S
)O\l3h"
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 +B7UGI
下面就可以修改holder的operator=了 =H"%{VeC5
_+gpdQq\p
template < typename T > ZJQkZ_9@2
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const V/ZWyYxjLi
{ @^`5;JiUk
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); )5TX3#=;(G
} (A;HB@)[A
mG%cE(j*D
同时也要修改assignment的operator() [n +(
cGWL'r)P
template < typename T2 > ?h8/\~Dw
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } P.~sNd oJ
现在代码看起来就很一致了。 {h;i x
&A^2hPe}
六. 问题2:链式操作 7>gW2m
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Si|8xq$E;
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。 t5QGXj
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。 FYK}AR<=
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。 ve4QS P
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct *T{KpiuP
Q8DKU
template < typename T > )EG-xo@X
struct result_1 (; Zl
{ ltd'"J/r
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; iz-O~T/^
} ; *}LQZFrnX
_K~?{".
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: b{W ,wn
7.C]ZcU
template < typename T > ^Cg@'R9
struct ref NmN:x&/
{ ,->
P+m5
typedef T & reference; &HJ~\6r\
} ; Z8pZm`g)T
template < typename T > u[!Ex=9W
struct ref < T &> E}]SGU"
{ qche7kg!a
typedef T & reference; ;~s@_}&
} ; 73M;-qnU
*kDV ^RBfq
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Q1
vse
j MA%`*r
template < typename T > _[
`"E'
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 98WJ"f_ #
{ <zu)=W'R]
return l(t) = r(t); F#{PJ#
} U3w*z6OG
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。 r3.v ^
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 qxD<mZ@-R0
wSs78c=
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 >2)!w
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: zyI4E\
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 & l~=c2
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 =`%%*
最后的布局是: {XYf"ONi
Add &S#bLE
/ \ ~K|o@LK
Divide 5 }Z\+Qc<<
/ \ UmQ'=@^kR
_1 3 ZP%Bu2xd
似乎一切都解决了?不。 NO)vk+
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。 ?/ s=E+
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。 L G9#D
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: R7By=Y!t
F~O!J@4]
template < typename Right > lc0Z fC
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const dnTXx*I:
Right & rt) const GG_A'eX:I
{ ?Qs>L~
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); /t?(IcP5
} 6d/b*,4[
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 on1mu't_;
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。 K#p&XIY,
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。 FdJC@Y-#uA
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*Gi
\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。 k)USLA
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? RwwX;I"o%
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: :Zd# }P
^SRa!8z$W
template < class Action > 1vxh3KS.
class picker : public Action (.3L'+F
{
?hpk)Qu
public : XC{(O:EG
picker( const Action & act) : Action(act) {} }c,}+{q
// all the operator overloaded AuYi$?8|5
} ; I!Za2?
-/&6}lD
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。 VVje|T^{Z
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: }fs;yPl,
)+9D$m=P;
template < typename Right > Lp*T=]C]
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Cj):g,[a
{ o[ %Q&u
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt);
ss3fq}
} wh:`4Yw
`\P :rn95;
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Y<.F/iaH
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 D 2Go,1
p:ST$ 1 K
template < typename T > struct picker_maker P-`^I`r
{ osX23T~-
typedef picker < constant_t < T > > result; YKvFZH)
} ; I_ .;nU1xA
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > A1f]HT
{ T}]Ao
typedef picker < T > result; (A&@
<
} ; 0KT{K(
c\4n 7m,y
下面总的结构就有了: o-Idr{
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。 |/lIasI
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。 HNuwq\w
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 J0p,P.G
至此链式操作完美实现。 %dT%r=%Y
+msHQk5#$m
)SUN+YV^
七. 问题3 nZ7v9o9
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 M7Hk54U+t
W\<#`0tUt
template < typename T1, typename T2 > O x$|ZEh
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const =3SL&
:8
{ 83l)o$S
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Z#o\9/{(R
} iK%Rq
X0Oq lAw
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: r IK|} 5
ZJ[ Uz_%W
template < typename T1, typename T2 > OEwfNZQ-
struct result_2 BtHvfoT
{ F<(xz=
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; F5<{-{Ky
} ; LMG\jc?,
M<~F>(wxA
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? NxX1_d
这个差事就留给了holder自己。 N[+dX_h
=;/h{
t
usTCn3u
template < int Order > V!<#E)-?<
class holder; l*:p==
template <> S8)awTA9
class holder < 1 > .RWBn~b#I
{ tl^[MLQa
public : &s <
template < typename T > [sk"2
struct result_1 _gGy(`
{ Rt:PW}rFf
typedef T & result; GKd>AP_
} ; w9PY^U.Y3e
template < typename T1, typename T2 > sk3;;<H
struct result_2 0?h .X=G
{ (_08?cN
typedef T1 & result; `WW0~Tp3
} ; }I`|*6Up
template < typename T > Elq8WtS
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 4QVd{
{ 4#YklVm
return (T & )r; 2$ rq
} d?P
aZz{4
template < typename T1, typename T2 > 0Yjy
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const &4[iC/}
{ 1<p"z,c
return (T1 & )r1; E>1USKxn
} (os7Q?
} ; O9y Q9sl
*Sf^()5C,
template <> VV4_
class holder < 2 > >lW*%{|b$^
{ J@TM>R
public : 3*TS
4xX
template < typename T > (~GFd7
struct result_1 -ur]k]R
{ ~Iu09t|a
typedef T & result; D/Wuan?yPN
} ; z,7^dlT
template < typename T1, typename T2 > o%5bg(
struct result_2 uSQ*/h-<)0
{ bcs!4
typedef T2 & result; >?'FH +2K
} ; ;~bn@T-
template < typename T > >D;hT*3
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const >g2B5KY
{ >8tuLd*T
return (T & )r; yi?&^nX@9,
} ES2qX]I
template < typename T1, typename T2 > !tdfTf$
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const *^uj(8U
{ &F}+U#H
return (T2 & )r2; Chup %F
} &B4U)
} ; w3Ohm7N[
]>L]?Rm
K5lp-F
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> >。 F%d"gF0qu
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: rh&on