一. 什么是Lambda ?V9Da;cj
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 +T,Yf/^Fn
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, R4x!b`:i
K4`)srd
nS$_VJ]~
`(Eiu$h6V-
class filler !$1'q~sO
{ ?ZS/`P0}[
public : p@Va`:RDW
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} #J_+
SL[
} ; L2$`S'U W
%7vjYvo>
f?[0I\V[$
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: J6s@}@R1
'ai3f
L3s1a -K
Rg,]du u?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); s ~Xa=_+D
$sa5aUg }
f*tKj.P
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 piPx8jT`F
r}%2;!T
"IE*MmsEz
MjrI0@R
二. 战前分析 {%! >0@7
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 K>_~zW nc
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 |tVWmm^m
*F)+- BB
]@G$L,3
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 5 52U~t
/* --------------------------------------------- */ ) h>H}wDs
vector < int *> vp( 10 ); ~;ZT<eCIA
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); QswbIP/>:'
/* --------------------------------------------- */ gK
Uci
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 5+yT{,(5
/* --------------------------------------------- */ 1v2pPUH\
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); zc4l{+3
/* --------------------------------------------- */ m_;<7W&p]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); qy$1+>f1
/* --------------------------------------------- */ 9s9_a4t5
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); //O9}-
-Rcl(Q}LZ
5U[bn=n
7~H.\4HB
看了之后,我们可以思考一些问题: 1:Dm,d;
1._1, _2是什么? ~V`F5B
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。 %'vLkjI.
2._1 = 1是在做什么? 27CVAX ghV
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。 +[C><uP
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。 \'[C_+;X
.R! /?eN
S)L(~N1
三. 动工 ,2*x4Gycb
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: z!>
H^v
@Y| %
</@3}rfUPg
9&VfbrBM
template < typename T > Du7DMo=l
class assignment jYJRG<*e
{ /tqQAvj
T value; y%NZ(Y,v
public : =T3O; i
assignment( const T & v) : value(v) {} @+EO3-X5
template < typename T2 > -NuRf#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } xmp^`^v*
} ; CgxGvM4
`k.Nphx~%
)(`HEl>-9c
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Pko2fJt1
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment s^6"qhTa
SGK=WLGM8
azT@S=,
]Ac&h
aAP
class holder Pi&8!e<
{ GDBxciv
public : m:4Ec>?e
template < typename T > E6njmdu
assignment < T > operator = ( const T & t) const %*Aq%,.={
{ +GDT@,/
return assignment < T > (t); l2[{T^
} aH(B}wh{
} ; Y%"73.x
}+3v5Nz;
p^/6Rb"e
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: eT<T[; m
8H<:?D/tH
static holder _1; $EUlh^
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 !y 7SCz
g
d|Q_Z@;JF
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); |',$5!:0O
而不用手动写一个函数对象。 =Ti[Q5SZ
@5Zg![G
L-V+ `![{
cq-UVk"Gl
四. 问题分析 :^92B?q
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。 G
zw
$M
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 v==]v2-
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 <-avC/M$d
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 h|OsT
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Gj9WUv[P
WK)2/$7@
五. 问题1:一致性 v$_YZm{!<
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?| :^H#i:4
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 r)Dln5F
ImZ!8#
struct holder )e6)~3[^
{ _Vl22'wl
// 1w|C+m/(
template < typename T > oBqWIXM
T & operator ()( const T & r) const I%qZMoS1h
{ !T3b]0z
return (T & )r; c^a Dr
} @GrQ/F7
} ; $CgR~D2G
"pLWJvj6-
这样的话assignment也必须相应改动: B!X;T9^d
F\U^-/0,
template < typename Left, typename Right > 2zQ62t}
class assignment d>OLnG>
F
{ jXCSD@?]K
Left l; vD@=V#T
Right r; /Q*o6Gys0
public : YKtF)N;m]
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} x.ZW%P1
template < typename T2 > LH_rc
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } $T%~t@Cv1
} ; /rQ[Ik$|
<{xU.zp'
同时,holder的operator=也需要改动: zFpM\{`[g
-YD+xPD
template < typename T > wx2EMr
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const I C?bqC+
{ Rz\:)<G
return assignment < holder, T > ( * this , t); {~u#.(
} xLp<G(;
d=~-8]%\
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。 ?^l{t4
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 52H'aHO1
08 $y1;
return l(rhs) = r; I(2qXOG
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。 Z'F=Xw6;b
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: |?=a84n1l
_RI!Z
template < typename Tp > pY T^Ug
class constant_t C 7e
{ F{;{o^Pv
const Tp t; piv/QP-X
public : [>^xMF]$2
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} %n7Y5|Uh
template < typename T > ~,jBm^4
const Tp & operator ()( const T & r) const C[0*>W8o
{ byrK``f
return t; dd{pF\a
} BXx0Z
%e.3
} ; =}h8Cl{H/
Q3OGU} F
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 hnf7Q l}
下面就可以修改holder的operator=了 #x^dR-@
Cvk n2T
template < typename T > F]L$xU
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const =iZj&B X
{ ,k=1'7d
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); hynX5,p;.
} 1B#Z<p
.>A`FqV$~+
同时也要修改assignment的operator() d@u)'AY%/
Vy6A]U\%
template < typename T2 > <.6bni
)
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 6&Al9+$
现在代码看起来就很一致了。 ^P|
K2at
WhU-^`[*
六. 问题2:链式操作 ZBX,4kxK7
现在让我们来看看如何处理链式操作。 (Z{&[h
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。 *pMu,?uE
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。 <XAW-m9SC
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。 V_.n G;
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct <R%]9#re
f:)%+)U<Xm
template < typename T > h9J%NH
struct result_1 t^Hte^#S
{ _Vj uQ
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Ait3KIJ9
} ; 2wKW17wj,
b7nER]R
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: &Fxw19[G
E,fG<X{
template < typename T > :fW\!o8Z2
struct ref GLIe8T*ht
{ N9s ,..
typedef T & reference; 2S`D7R#6s
} ; W\W|v?r
template < typename T > B)1.CHV%<
struct ref < T &> )C0dN>Gb
{ NjL^FqA[
typedef T & reference; )X
dpzWod
} ; &-s/F`
iCK p"(kf
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 1`;,_>8
9~FB^3Nz_
template < typename T > ,m^@S
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const e,0y+~
{ D-GI rw{>5
return l(t) = r(t); bOKgR{i
} y66V`,e0
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。 Q:/BC= ~
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 FN)vFQ#J
hj8S#
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 ?cF-w!>o8
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: |x[zzx#
>-
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 nKP[U=ac
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 9*"Ae0ok1
最后的布局是: .S{Q }S
Add V6.w=6:`X
/ \ Mr8r(LGY
Divide 5 ls<7Qe"a
/ \ 'aFj yY?%
_1 3 /1Q
i9uit
似乎一切都解决了?不。 VXpbmg!{S
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。 P%- @AmO^_
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。 n
qR8uL>
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: ND3(oes+;K
8,(FJ7OCT,
template < typename Right > fCq
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const in/ITy-
Right & rt) const ?'I[[KuG
{ W%)uKQha
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 3Xun>ZQ-
} kN99(
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 BWd{xP y
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。 PN$vBFjm
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 h)vRvfcmY
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。
YjV-70'
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 D{4Ehr "T
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? JDIQpO"Qji
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: cc"L> XoK
J#pl7q)^w
template < class Action > m)]A$*`<
class picker : public Action ~BSE8M+r
{ bkZ~O=uv$-
public : WrS|$: 0
picker( const Action & act) : Action(act) {} }.uB6&!:
// all the operator overloaded h kh b8zS
} ; kCq]#e~wq
&vy/Vd
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。 wGXnS"L!
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: oZY2K3J)
0^27grU>
template < typename Right > Xg](V.B6
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const :tv:46+s=
{ C#y[UM5\k;
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ikSm;.
} h7EKb-@
QzzV+YG$(4
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > GCf3'u
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。 N<xf=a+j
/p=9"?
template < typename T > struct picker_maker !+E|{Zj
{ q66+x)
typedef picker < constant_t < T > > result; LOD'iiH6
} ; e@-"B9~
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ~BNLzt3%O
{ w_gPX0N}3n
typedef picker < T > result; !_EaF`oh(
} ; i&r56m<