一. 什么是Lambda 7<%<Ff@^)O
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 SVv;q?jZ
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, \e!vj.PU
Ku\Y'ub
0A,]$Fzt
F)s{P Cl
class filler w3=%*<
{ AtF3%Zv2
public : pGf@z:^{*-
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} {e+-vl
} ; v2H#=E4cZ#
TF 'U
<$ F\Nk|x
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: yY[<0|o u
cx}Q2S
$/=nU*pd
L=q+|j1>
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); p98~&\QT
$BFvF
,n
?t+5s]
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 % ]I ZLJ
&^}6
9
vG;zJ#c
AC;V
m: @{
二. 战前分析 u0#}9UKQ
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。 >.'<J]
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 H ,+?
t
xdf82)
NzU,va N
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); !-N6l6N
/* --------------------------------------------- */ X6 6VU
vector < int *> vp( 10 ); ]da^xWK
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); INkD=tX
/* --------------------------------------------- */ lu#LCG-.
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ={5#fgK>
/* --------------------------------------------- */ lW(px^&IN
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); c>/.
;p
/* --------------------------------------------- */ ~v'3"k6
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 'v\L @"
/* --------------------------------------------- */ 7zHh@ B:]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); jCrpL~tWT
H|ER
srYJp^sC
^bc;[x&N
看了之后,我们可以思考一些问题: c%[#~;E
1._1, _2是什么? KN?6;G{
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。 ;zYqsS
2._1 = 1是在做什么? a)S+8uU
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。 ]~6_ WE8L
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。 $Bj;D=d@V
-s|}Rh?Y
qNm$Fx
三. 动工 -jn WZ5.
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: - !>}_AH
Pt&(npjN,
\mw(cM#:
1fo
U
template < typename T > rp6q?3=g
class assignment j6
{ >IX/<
{);M
T value; )r[&RGz6
public : !!4Qj
assignment( const T & v) : value(v) {} V^hE}`>z&
template < typename T2 > ZVbl88,(l
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Ndo a4L)$
} ; C=s1R;"H
!A>z(eIsv`
?UK|>9y}Z
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 lj{VL}R
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment o/C\d$i'
{q<03d~9|G
zOV=9"~{
2-"0 ^n{
class holder ;U<rc'qE
{ Iw<j T|y)
public : @^;j)%F}
template < typename T > N? 5x9duK
assignment < T > operator = ( const T & t) const =7m}yDs6$
{ Q 2A7mGN
return assignment < T > (t); i~3u>CT
} N<QjdD&
} ; DhX#E&
,o^y`l
{tThy#
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: 52.>+GC
S.Z9$k%
static holder _1; n.sbr
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 fM #7 y [
UG'bOF4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Wm H~m k"
而不用手动写一个函数对象。 F q!fWl
y!5$/`AF
TZtjbD>B
>7roe []-|
四. 问题分析 e5.h ?
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。 K9vIm4::d$
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。
*]h`KxuO
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 }hYZ"
A~
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 $''9K
下面我们可以对这几个问题进行分析。 +rIL|c}J
`;YU.*
五. 问题1:一致性 >(y<0
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?| A>[|g`;t
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 `\X+ Ud|
3:{yJdpg
struct holder U~W?s(Cy%
{ urvduE
// (mtoA#X1:h
template < typename T > s;1]tD
T & operator ()( const T & r) const S,U
Pl}KF
{ /B5-Fx7j3
return (T & )r; t6BHGX{o
} \`, [)`
} ; bsd99-_(4
-!0_:m3
这样的话assignment也必须相应改动: kNT}dv]<
VyRsPg[(
template < typename Left, typename Right > v4RlLgdS%
class assignment x+]!m/
{ BC,.^"fA6
Left l; t+?P^Ok
Right r; .XkMk|t8
public : %+ FG ,d
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} [ >^PRs
template < typename T2 > Q#(GI2F2#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 0 a~HiIh
} ; ZhNdB
BSq)RV/3
同时,holder的operator=也需要改动: +n })Y
kQaSbpNmH
template < typename T > Mc-)OtmG[
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 15$4&=O
{ P/JK $nb
return assignment < holder, T > ( * this , t); l88A=iLgv
} kD) $2I?
}pa9%BQI
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 4d_s%n?C
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 M7>(hVEAW'
P ]i
=r] i
return l(rhs) = r; V:/7f*n7
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 w#N?l!5
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: -o+74=E8[?
=pA
IvU
template < typename Tp > /%4_-C pm
class constant_t 7O`o ovW$
{ ](eN@Xi&@
const Tp t; ^`SA'F,
public : !GW,\y
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} aZKOY
template < typename T > r-kMLw/)
const Tp & operator ()( const T & r) const GHF_R,7
{ o$C|J]%
return t; v(leide
} 6DL[aD
} ; #k<":O
W>M~Sk$v
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 VD4C::J
下面就可以修改holder的operator=了 7ZUiY
dY"}\v6
template < typename T > $|KaBx1
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ;NV'W]
{ L:M0pk{T
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); V@d)?T
} PuxK?bwC
k>E`s<3
同时也要修改assignment的operator() |3K)$.6~
1! p/6
template < typename T2 > yMLOUUWa8x
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } >QHo@Zqj(
现在代码看起来就很一致了。 o5\b'hR*#
0Q5 93F
六. 问题2:链式操作 DWt*jX *
现在让我们来看看如何处理链式操作。 4$,,Ppn
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 WxbsD S;
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 6|J'>)
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 a;$P:C{gj?
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct I8H%=Kb?9
IMQ]1uq0$
template < typename T > dSIH9D
struct result_1 U-0#0} _
{ HNa]H;-+5
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; NYABmI/0c
} ; Ip}Vb6}
Q36)7=at
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: iA!7E;o
{dPgf
template < typename T > Lc<eRVNd,
struct ref %lr|xX
{ P&*sB%B
typedef T & reference; +VEU:1Gt
} ; )[&_scSa
template < typename T > IGFGa@C
struct ref < T &> +TeFt5[)h
{ Fk^3a'/4KJ
typedef T & reference; Y{ f7
f'_
} ; 92dF`sv
kE;O7sN
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ID1?PM
!c<w SQ,
template < typename T > =He.fEy
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const lf>nbvp
{ BzpP7 ZWV
return l(t) = r(t); :^C'<SY2Gs
} Qq0l*)mX
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。 b'x$2K;E
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 *i$ePVU
Snf"z8sw
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 ID};<[
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: S"snB/
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ,D80/2U^
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 =OTm2:j#yQ
最后的布局是: i}TwOy<4s
Add TUp%FJXA|
/ \ 3Rl,GWK
Divide 5 ned2lC&'d>
/ \ 5 HV)[us
_1 3 ,:v&4x&=
似乎一切都解决了?不。 OQlG+|
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。 KA]*ox6j;
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。 yno(' 1B@
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: E@QA".
|bZM/U=
template < typename Right > m.%`4L^`T
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const A q#/2t
Right & rt) const #y"=Cz=1u7
{ ,*,sw:=2
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); $*~Iu%Az
} g?/XZ5$a5
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ){Mu~P
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。 SKXBrD=-
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。 x.DzViP/
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。 v:ER4
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。 ;Fl<v@9
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? 5K56!*Y
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: HV]Ze>}
WXUkuO
template < class Action > +p:Y=>bTj
class picker : public Action eE:&qy^
{ G`]w?Di4
public : aSaAC7sFk
picker( const Action & act) : Action(act) {} u@ N~1@RT|
// all the operator overloaded ysXx%k
} ; B0mLI%B
"HQF.#\#
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。 Yx?aC!5M
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: -rY 7)=
s_wUM)!
template < typename Right > M^SuV
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 2M6dMvS
{ sy<iKCM\
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ahIE;Y\j'
} E[Bo4?s&^
k&s; {|!
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > P{oAObP%
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。 ~a+NJ6e1
<O857j
template < typename T > struct picker_maker $Tl<V/
{ k
khE}qSD
typedef picker < constant_t < T > > result; iQ`]ms+
} ; -Wo15O"
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Y_H/3?b%
{ Ky9W/dCR
typedef picker < T > result; -Wjh* *
} ; K} x/ BhE+
G!-J$@P
下面总的结构就有了: 13f<0wg
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。 lH1g[ ))
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。 .gD km^
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 Enj_tJs
至此链式操作完美实现。 .|]IwyD
&
! *a[jhx
[e4![G&y`
七. 问题3 F1u)i
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。 #\FT EY!
Q-('5a19J
template < typename T1, typename T2 > :1<~}*B@{
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const M9"Sgb`g
{ Pz~q%J
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); H7e /
} ?JqjYI{$
dtW0\^ .L
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: #EwK"S~
9O;vUy)
template < typename T1, typename T2 > 8M93cyX
struct result_2 F'BdQk3o
{ CIQwl 6H9
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; /t{=8v~
} ; \|q-+4]@,
A@ VaaX
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? @l>Xnqx)
这个差事就留给了holder自己。 6"%qv`.Fp
w~-X>~ }
B7 c[4
template < int Order > .Ty,_3+{#p
class holder; Vipp /WV
template <> ,ep9V,+|
class holder < 1 > ;X7i/DQ
{ =R9*;6?N
public : 8-A|C<
"
template < typename T > SfDQ;1?
struct result_1 #O|lfl>}
{ 8ui=2k(
typedef T & result; bF6gBM@*
} ; S:Xs'0K_
template < typename T1, typename T2 > dQ6GhS~
struct result_2 aL)Hv k:
{ jsWX 6(=
typedef T1 & result; 3]S`|#J
} ; l\aUresm
template < typename T > d pn3 (
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const .eTk=i[N-
{ x u,htx
return (T & )r; [Yvsa,2
} !aeNq82
template < typename T1, typename T2 > PW^ 8;[\QP
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const Z3`2-r_=
{ }xJR.]).KW
return (T1 & )r1; C1ZyB"{
} o*;2mFP
} ; nP
u`;no
Z:^3Fm->+
template <> A\g%
class holder < 2 > '>]&r