一. 什么是Lambda 78FK{Cr
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 OG2&=~hOz-
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, wXU gxa
LKu
,H
#:}mi;{
r_M5:Rz
class filler hE}y/A[
{ 9I*`~il>{
public : `'/1Ij+
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} P<IZ%eS3B
} ; 5t[7taLX\
^
&VN=Y6z
0tP{K
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: H@ .1cO
.jbT+hhM
qJ<Ghd`8v
^h"F\vIpV
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ]Kp -2KW
8jfEvwY
#i[V{J8.p
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 7>yb8/J
hO4* X
7B#HF?,?
@d6N[?3;
二. 战前分析 d0N/!;
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+NpQ}t:
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 1_G5uHO
%scQP{%aD
SSa0x9T
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); jMQ7^(9-
/* --------------------------------------------- */ #%SF2PB;
vector < int *> vp( 10 ); $O^U"
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); t[b@P<F
/* --------------------------------------------- */ {DbWk>[DkG
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); -owap-Va
/* --------------------------------------------- */ n_46;lD
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); p$@l,4@{
/* --------------------------------------------- */ "0Yb
2>F
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); MnD^jcx
/* --------------------------------------------- */ "!_,N@\t
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); rd4mAX6@
P(Q}r7F~(
3"iJ/Hc}9
}i@%$Ixsn
看了之后,我们可以思考一些问题: m[6c{$A/w
1._1, _2是什么?
tf?"AY4
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。 K8|>" c~
2._1 = 1是在做什么? |bv7N@?e
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。 \-R\xL
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。 Z6_E/S
nO .:f
CGJ>j}C
三. 动工 Tlz~o[`&
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: r>x>aJ
38gEto#q
EF[I@voc
(pkq{: Fs
template < typename T > X16r$~Pb
class assignment C?lZu\L
{ Ebytvs,w
T value; Ue2k^a*Ww
public : QVPJ$~x
assignment( const T & v) : value(v) {} '=]|"
template < typename T2 > O*+,KKPt
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } @RFJe$%
} ; u13v@<HGc
_$BH.I
Ej/P:nB
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 *K2fp=Ns
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Bu,VLIba
qBXIR}
yc3i> w`
W)fh}|.5
class holder DyPb]Udb:
{ QN OA66
public : K{[N.dX(
template < typename T > Xo~kB)|,
assignment < T > operator = ( const T & t) const pQ9~^
{ ^fxS=Qs+
return assignment < T > (t); X(fT[A_2C
} _"'0^F$I
} ; C &-]RffA
Cy'! >
G.sf>.[
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: RL~]mI!U
6SN$El 0|G
static holder _1; x] j&Knli
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 LCkaSv/[RB
\s">trXwX
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); sD,FJ:dy
而不用手动写一个函数对象。 Wc!.{2
rEG!A87Zz
EawtT
PHQ99&F1
四. 问题分析 wQw
y+S
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。 6V6,m4e
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。 >q)VHV9P
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 p28=l5y+
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 g"Gj8QLDz
下面我们可以对这几个问题进行分析。 |aMeh;X t
`w/b];e1)
五. 问题1:一致性 ]sG^a7Z.X
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?| |^$?9Dn9.L
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 j<C p&}X
Sx}61 ?
struct holder 40R7@Vaf
{ 71!'k>]h
// xr).ZswQ
template < typename T > `} :~,E
T & operator ()( const T & r) const <)ltvo(
{ Q<d|OX
return (T & )r; %P`w"H,v3#
} Jyo(Etp
} ; njg\y
M"|({+9eG
这样的话assignment也必须相应改动: nZ8f}R!f:
ZIikDih1
template < typename Left, typename Right > A,#a?O6m
class assignment ;}E$>]*Yn
{ UJhUb)}^
Left l; 'NDDj0Y
Right r; 31=vUS
public : _&|<(m&."
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} %r >Y)@$Vt
template < typename T2 > X8212[7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ]d -U
} ; G
"`t$=0
`as6IMqJD
同时,holder的operator=也需要改动: Z}s56{!.
4]mAV\1
template < typename T > }N%uQP#I
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const j]bNOC2.L
{ ;Br
#e1~
return assignment < holder, T > ( * this , t); .l}oxWWoS
} "E}38
l"app]uVZ
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。 SQJ
}$#=
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 U<jAZU[L
Gfy9?sa
return l(rhs) = r; c},wW@SF2W
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 6P U]I+
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ^F4h:
bA8RoC
template < typename Tp > JPGEE1!B{b
class constant_t 1_0\_|
{ kH }HFl
const Tp t;
:to1%6
public : w!~85""
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} DZ5QC aA
template < typename T > L|N[.V9
const Tp & operator ()( const T & r) const q$BS@
{ ^U[yk'!Y
return t; ~fR-cXj"
} UhVJ! NrT
} ; D|R aj\R
QDpzIjJj
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 aYd`E4S+
下面就可以修改holder的operator=了 YCnKX<Wv
bo04y)Iz
template < typename T > XYdr~/[HPy
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 9 Z79
{ do&0m[x%
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); _5&LV2
} CGY,I
UG
Xw_6SR9C
同时也要修改assignment的operator() f5dctDHP
+!Lz]@9K
template < typename T2 > iDrQ4>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Y4)v>&H
现在代码看起来就很一致了。 .BjnV%l7Id
<Pg<F[eDM
六. 问题2:链式操作 TDR2){I
现在让我们来看看如何处理链式操作。 (Q~(t
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。 6*tbil_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。 &=`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。 z)0%gd|
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct $mLiEsJ
v7@O ,%
template < typename T > @1^:V-=
struct result_1 E!zAUEVQm[
{ C3GI?|b
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; }j6<S-s~
} ; gi5Ffvs$
?Y|*EH
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: C:$pAE(
TB(!*t
template < typename T > kRH;c,E@
struct ref |dI,4Z\Qb
{ #,PB(
typedef T & reference; 9i*Xd$ G
} ; i8H!4l
template < typename T > =V*4&OU
struct ref < T &> R'1L%srTM+
{ XX|wle1Kg
typedef T & reference; F-I\x
} ; pSh$#]mZ`
ti}G/*4
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 11jDAA(|
r,-9]?i
template < typename T > Y:'#jY*V
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const JB xizJBP
{ SE<hZLd"
return l(t) = r(t); 8j<+ '
R
} 9o|#R&0
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。 5X=ik7m^
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 @#W$7Gwf0
8bP4
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 >
g=u Y{Rf
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 9a;8^?Ld%S
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 &nX,)"
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 bJ6@
B<
最后的布局是: bhg
OLh#
Add Xsit4Ma
/ \ 4[^lE?+
Divide 5 >W7IWhm3
/ \ Wk*t-
_1 3 _E<