一. 什么是Lambda E<
57d,3l
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 B) 5QI
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, nfL-E:n=
u$vA9g4
/h.hFM/
m2i'$^a#
class filler i4Ps#R_wx
{ M,uQ8SZA[
public : .B9i`)0
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} X,ES=J0
} ; ZxDh94w/
<-Hw@g
^]{)gk8P~2
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: ;5ANw"Dq
li4"|T&
<Qx]"ZP%
vv F:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); +\Zr\fOe|%
u{Rgk:bn
ees^j4
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 `dGcjLsIz
R&!{3!V
`A\|qH5`W
oP%'8%tk
二. 战前分析 OG!+p}yD]
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。 /x2MW5H
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 /:BM]K
,`su0P\%#.
(mR;MC
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Z%_m<Nf8T
/* --------------------------------------------- */ :m{;<LRV
vector < int *> vp( 10 ); y%wjQC 0~
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ,cF
$_7M
/* --------------------------------------------- */ u A=x~-I
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Z~s"=kF,
/* --------------------------------------------- */ ;d#`wSF`G
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); MODi:jsl
/* --------------------------------------------- */ 1dE|q{
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); o&PPW~D+h@
/* --------------------------------------------- */ v"~0 3-SX
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); f:!b0j
5@3hb ]J
V`,tu `6
/W @k:
看了之后,我们可以思考一些问题: (G#QRSXc\
1._1, _2是什么? ]?/7iM
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。
[<!4 a
2._1 = 1是在做什么? wV&UB@
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 xUw)mUn@N
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 P&2/J%@zG
/bBFPrW
zF-M9f$_PY
三. 动工 C3#mmiL-
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: nN|1cJ'.Fk
!I UH 5
:}[RDF?
Ic,V,#my
template < typename T > [$+N"4
class assignment u,f$cR
{ 7L"Pe'Hw
T value; tXu_o6]
public : +|OrV'
assignment( const T & v) : value(v) {} 8`4Z%;1
template < typename T2 > +. ` I
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } E5EAk6
} ; CdFr
YL+F
dh.vZ0v=7
x*}*0).
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 DFUW^0N
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ~ v21b?
aIsT"6A~{
D3MRRv#
h,u?3}Knnb
class holder }c1?:8p
{ <dA D-2O+
public : F\"`^`(O
template < typename T > \as^z!<
assignment < T > operator = ( const T & t) const ^vQ,t*Uj=
{ p\&Lbuzv
return assignment < T > (t); zG0191f
} q4wS<,3
} ; 61"w>;d6
@UG%B7
'U8% !
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: /ivA[LSS
E2Jmo5yJR
static holder _1; ivb?B,Lz0
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 )rce%j7
m+7/ebj{A
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ]3/_?n-"`
而不用手动写一个函数对象。 1q Jz;\wU
^zs]cFN#%
3{j&J-
nR2pqaKc
四. 问题分析 f'>270pH
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。 rbEUq.Yk]~
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。 + yF._Ie=
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 2[;4D/`*
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 4*vV9*'!
下面我们可以对这几个问题进行分析。 4EZl
(v"f`
ER ^#J**
五. 问题1:一致性 d>f.p"B.gj
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?| jwe^(U
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 eInx\/
:qQpBr$
struct holder !B#Lea
{ 42Vz6 k:
// j18qY4Gw)
template < typename T > r{Cbx#;
T & operator ()( const T & r) const yL#bZ9W
}
{ av.L%l&d
return (T & )r; e7cqm*Qi
} yl#(jb[?1
} ; u0M? l
s?JNc4q
这样的话assignment也必须相应改动: =(-oQ<@v
X4D>
template < typename Left, typename Right > +frkC| .
class assignment r@XH=[:
{ &QoV(%:]
Left l; O'OVj
Right r; z
TM1 e
public : ZMI!Sl
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} }!W,/=z*
template < typename T2 > te 0a6
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } e{~3&
} ; ')8c
me7?
同时,holder的operator=也需要改动: $jL{l8x
T/A[C
template < typename T > Q|O! cEW/
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const !D_Qat
{ 3miEF0x[
return assignment < holder, T > ( * this , t); K)z!e;r
} C`uZr k/
_aR_[
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 K_fQFuj+
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 :dZq!1~t
+~E;x1&'
return l(rhs) = r; G<S(P@ss
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ~BSIp
.
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Gs2|#*6
y(#Aze{yC
template < typename Tp > &at^~o
class constant_t F@76V$U.
{ 7B|ddi7Q>
const Tp t; (4hCT*
public : Jvk!a~e
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} J <<Ph
template < typename T > Ic%c%U=i
const Tp & operator ()( const T & r) const Y"x9B%e
{ :r{;'[38
return t; KfSI6
Y_
} HI`
q!LPv
} ; Y5 BWg
&vDK6w,
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 baD`k?](
下面就可以修改holder的operator=了 J
FYV@%1~
Znv3h
template < typename T > oVG/[e|c'
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const z
qM:'x*
{ QoGvjf3z
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t));
!e+^}s
} ^7qqO%
6AM-^S@
同时也要修改assignment的operator() 20Umjw.D
W^es"\
template < typename T2 > Ewfzjc
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } z'FpP
现在代码看起来就很一致了。 XLog+F$`
=B+^-2G8
六. 问题2:链式操作 :`pgdn
现在让我们来看看如何处理链式操作。 7$z]oVbO'
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。 0Gq}x;8H&
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。 Lrr1) h
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。 ,#NH]T`c1
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct #RJFJb/
ai3wSUYJi
template < typename T > q ,C)AZ
struct result_1 gcaXN6 C
{ CDNh9`
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; LW"p/`#<
} ; QR.] ?t;1
T6P9Icv?@7
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: */T.]^
X;~3 U
9
template < typename T > -W#-m'Lvu
struct ref w2o%{n\L
{ Y$@?Y/rhR
typedef T & reference; OdZLJt?g
} ; _ ?\4k{ET
template < typename T > 0~)_/yx?S
struct ref < T &> 1L4-hYtCj
{ Zi!6dl ev
typedef T & reference; tn"n~;Bh?:
} ; %
T2C0P
JfrPK/Vn
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: w
b@Zna
cNd;qO0$
template < typename T > >z,SN
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 0cpI2
{ jRCf!RO
return l(t) = r(t); gvoo1 Sa
} ?>\JX
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。 f19~B[a
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 AXQG
`H^?jX>7
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 SU {U+
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: UTThl2=+
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 {eQ')f
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 -t5DcEAb$
最后的布局是: +RuPfw{z
Add J[?7`6\M
/ \ 7p!w(N?s
Divide 5 !Q0aKkMfL
/ \ f:).wi
Ld
_1 3 knPo"GQW
似乎一切都解决了?不。 2&k5X-Y
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。 J4xJGO
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。 60A
E~
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: ?11\@d
p?#cn
template < typename Right > Za&.sg3RG
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const S]P80|!|
Right & rt) const v)TFpV6b{p
{ ^LO`6,
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 5 GwXZ;(G
} "(U%Vg|)
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 il)LkZ@
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。 +yh-HYo`
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。 ;M95A
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。 ?;//%c8,.
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。 S!u`V3-s
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? Ke_&dgsq
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: 0UHX Li47Y
bhIyq4N
template < class Action > $c WO`\XM
class picker : public Action [CfA\-gx<f
{ _QhB0/C
public : @\!9dK-W
picker( const Action & act) : Action(act) {} ,sM>{NK9R
// all the operator overloaded *@C4~Zo
} ; {O"?_6',
>-~2:d\M3
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 Hko(@z
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: xSQ0] vE
OZw<YR
template < typename Right > 4sVr]p`
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const )"&$.bWn
{ l<](8oc.
w
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); f>u{e~Q,
} L?@TF;
Lnk!zj
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > `f@VX
:aL}
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。 lZ3o3"
Se
o3 a6o
template < typename T > struct picker_maker h-XMr_F
{ ^GXy:S$
typedef picker < constant_t < T > > result; -V'`;zE6
} ; ]g>@r.Nc
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > [":[\D'
{ j15TavjGh
typedef picker < T > result; LNp%]*h
} ; U`j[Ni}"
&M)S~Hb^
下面总的结构就有了: g5EdW=Dt,
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。 ]~,V(K
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。 &h7q=-XU
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 (1bz.N8z
至此链式操作完美实现。 BO5gwvyI
q2I;Ly\3o
'~-Lxvf'
七. 问题3 u_aln[oIv
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。 8ycmvpJ
ZCQ7xQD
template < typename T1, typename T2 > ]Q\Ogfjp
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const :!a9|Fh~
{ Mk=;UBb$X
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Sx,O)
} c<V.\y0x
WgdL^PN(h
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: >'i
d/
>Fm}s,
template < typename T1, typename T2 > 88}c+V+N!
struct result_2 "U34D1I)#
{ )t{oyBT
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; v'B++-%
} ; KyW6[WA9
w[z^B&
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? *L8Pj`zR
这个差事就留给了holder自己。 9|dgmEd
X'Q$v~/
^~0Mw;n&
template < int Order > @D8c-`LC"*
class holder; !*.mcIQT
template <> (,PO(
class holder < 1 > 6%NX|4_
{ oK@!yYv
public : sT dD=>
template < typename T > aQwc Py|1R
struct result_1 F ^Rt
6Io
{ A] pLq`
typedef T & result; }pj>BK>
} ; zcD&xoL\H
template < typename T1, typename T2 > %(Sy XZ
struct result_2 xf<D5 olZ
{ p>=YPi/d
typedef T1 & result; M*BDrM
} ; ]uX'[Z}t
template < typename T > cBM
A.'uIL
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const QIF|pZ+^
{ |r 1\
return (T & )r; lz@fXaZM
} EP&