一. 什么是Lambda Lapeh>1T
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ,g'>Ib%
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, RKzO$T
|t"CH'KJZ
:tbI=NDb
cK[=IE5
class filler 7oZ Pb
{ z\FBN=54z
public : :}36;n<['
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} {1=|H$wKg
} ; %4`
U' j
AP z"k?D0
tvno3"
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: v?8i;[
PcbhylKd
/\Cf*cJ
jD<xpD
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 6
o
5{W Aw !
erv94acq
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 hrJ(] [8
Yt =)=n
t<c7%i#Od
ObZhQ.&
二. 战前分析 k|>yFc
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。 q'trd};xR
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 L!Tvz(_7f6
8wO4;
a/s5Oit2'X
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); &kvmLO I
/* --------------------------------------------- */ #B <%
vector < int *> vp( 10 ); tKyGD|g S
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); IlO,Ql
/* --------------------------------------------- */ 6jm?d"9
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Fnk@)1
/* --------------------------------------------- */ QSzht$8
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 3st?6?7|
/* --------------------------------------------- */ A*:|d~
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ,gpEXUp\
/* --------------------------------------------- */ ;`xCfOY(
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); RIUJX{?
NKEmY-f;
{d#sZT
I%:?f{\
看了之后,我们可以思考一些问题: 4dN <B U
1._1, _2是什么? T)<^S(57
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 9BlpqS:P&
2._1 = 1是在做什么? :!cK?H$+
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。 A[@koLCL
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。 fp(zd;BSQ
$;(@0UDE
ab9ec Z
三. 动工 %H{;wVjK
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: }oiNgs/N
g/68&
M
gREk,4DAv
'Qg!ww7O
template < typename T > ) x+edYw
class assignment cGm?F,/`
{ )RTWt`
T value; `<~=6H
public : %MGt3)
assignment( const T & v) : value(v) {} -Op^3WWyY
template < typename T2 > fUCjC*#1
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 7*M-?
} ; CvZ\Z472.j
h|PC?@jp
DC/Czkv9
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 G0Z5 h
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 7@g0>1Fz
}pf|GdL
iF
+@aA
$nW9VMa
class holder [aA@V0l
{ 2?6]Xbs{
public : /;}%E
template < typename T > du~V=%9
assignment < T > operator = ( const T & t) const CLmo%"\s
{ *aS+XnT/
return assignment < T > (t); JF~9efWe>
} 8!.V`|@lt
} ; djnES,^%9
s I\-0og
~@6l7H6{
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: G!B:>P|\l
EAXl.Y.
$
static holder _1; R@pY+d9qp
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 1|w@f&W"
+ansN~3
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); VJTO:}Q
而不用手动写一个函数对象。 c'3N;sZ*B
45wtl/^9
+a N8l1
q1eMK'1
四. 问题分析 J]Z~.f="
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。 &)+H''JY
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。 JN9>nC!Zy_
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ^vT!24sK
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 VZr:yE
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ^Y+C!I
!Tv3WQ@
五. 问题1:一致性 V7nOT*N:Q
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?| l"}_+5
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 B K=w'1U
ToPjBvD
struct holder "OwVCym?
{ a,S;JF)v
// <>{m+=gA
template < typename T > MYjc6@=cR
T & operator ()( const T & r) const ojlyW})$%
{ *-5N0K<kQ
return (T & )r; Q0K$ZWM`7
} KgkRs?'z
} ; N2'aC}
I
%>=6v}f,+
这样的话assignment也必须相应改动: P[G>uA>Z1
# >bj6<
template < typename Left, typename Right > :EQ{7Op`
class assignment 7_ayn#;y
{ p)iEwl}!j
Left l; 0'Ho'wDb
Right r; , p~1fB-/
public : `ROHB@-
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 6uo;4}0
template < typename T2 > n }A!aC
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } =HsE:@
} ; 54z.@BJhE
J@$~q}iG
同时,holder的operator=也需要改动: !*"fWahv
B T"R"w
template < typename T > +ppA..1
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const a=j'G]=
{ u)<s*jk
return assignment < holder, T > ( * this , t); -c0ypz
} 7>j~;p{
5a_8`csu
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 PgK7CG7G
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ]r|oNGD)G
:[_msd
return l(rhs) = r; 1
rhZlmf[r
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 "t.`/4R2w
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: }}tbOD)t
< z2wt
template < typename Tp > A)C)5W
class constant_t @lE'D":?
{ /
}$n_N\!)
const Tp t; |0=UZK7%O
public : +K'Hr:(
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ZzupK^5Z
template < typename T > i}DS+~8v
const Tp & operator ()( const T & r) const [A,^F0:h
{ ]$lt
return t; 18Y#=uH}
} @0@ZlHwM
} ; sg^|dS{3D
w(6n
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 s b;q)Rh
下面就可以修改holder的operator=了 ?![[la+f
0Z8"f_GK
template < typename T > E(PBV
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 8\lh'8
{ ciS,
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); =zyA~}M2
} <R /\nY Xz
>UaQ7CRo
同时也要修改assignment的operator() /gZyl|kdy
vNv!fkl
template < typename T2 > !&rd#ZBn
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } =,(TP
现在代码看起来就很一致了。 MY@&^71i4
G*@!M%/
六. 问题2:链式操作 yk`qF'4]
现在让我们来看看如何处理链式操作。 )e,O+w"
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。 Y/FPkH4
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。 h0rPMd(K
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。 8XB[CbO
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ^'V :T Y
rKrHd
template < typename T > f
5v&4
struct result_1 k9;^|Cm
k
{ c;$4}U4
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; h<Aq|*
} ; ai/|qYf
W}CM;~*L
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: uX6yhaOp|
P"Al*{:J
template < typename T > (h3L=
struct ref m$W>~
{ E&P2E3P
typedef T & reference; -d\sKc
} ; \EySKQ=
template < typename T > C1k< P
struct ref < T &> =:^aBN#
{ ?q:|vt
typedef T & reference; QJVbt
} ;
}~/b%^
%tyo(HZQ
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: X/,)KTo7
}4A] x`3
template < typename T > qSc-V`*
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const vQljxRtW
{ 7 $e 6H|j@
return l(t) = r(t); B{nwQC b
} N,Eap KG
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 mn/)_1',
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 +i&<`ov
Q 7_5
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 t*gZcw5 r
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: .S/5kLul
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 !bE-&c
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 6Wu*zY_+
最后的布局是: e73=*~kfR
Add 8W\yM;'
/ \ _}R[mr/
Divide 5 4dX{an]Cz
/ \ X7},|cmD_
_1 3 8=`L#FkRp
似乎一切都解决了?不。 ).SJ*Re*^I
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 k
QuEG5n.-
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 0[MYQl`
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: Jb QK$[z"
gM&IV{k3
template < typename Right > ]M7FIDg
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const $Nu{c;7"
Right & rt) const F8f}PV]b
{ .[Sis<A]%
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); X-c|jn7
} w4U,7%V
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 y{%0[x*N<m
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 0gd`W{YP
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 wFJf"@/vJ
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 7~Y\qJ4b
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 MCKN.f%lP
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? Eomfa:WL
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: 7D6`1&
_K^Q]V[nZ
template < class Action > 0bTj/0G?
class picker : public Action 4&}%GH>}
{ u 272)@R
public : kxMvOB$
picker( const Action & act) : Action(act) {} paqGW]
// all the operator overloaded $DY#04Je\=
} ; Jo5B mh0
YM}a>o
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 @/z\p7e
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: M@Th^yF+8H
:os8"
template < typename Right > *f[5rr4
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ABWn49c.
{ [,o:nry'a
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ,Z
q:na
} 5h5izA'0'
v e&d"8+]
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 1Bj.MQ^
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。
/8x';hQ
azP H~'E'
template < typename T > struct picker_maker lsz3'!%Y)
{ Rx-\B$G
typedef picker < constant_t < T > > result; 4p:d#,?r
} ; Bs "D<r&ro
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > m2PUU/8B/
{ $*#a;w7\C
typedef picker < T > result; %HUex
6!
} ; QAs)zl0
fAsb:P
下面总的结构就有了: >q eDb0
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 (RddR{mX
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 7%*#M#(T
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 &jE\D^>ko
至此链式操作完美实现。 nK>CPqB^(
YX$(Sc3.6
'+88UFSq5
七. 问题3 J p'^!
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。 {L-^J`> G
&<A,\M
template < typename T1, typename T2 > L&p R#
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const CX|W$b)%
{ 1oQw)X
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); /2tA
n
} %*R, ceuI
/K:r4Kw
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: )UzJ2Pa<+_
l_g$6\&|
template < typename T1, typename T2 > q$:1Xkl
struct result_2 :u>RyKu|&R
{ Z-iU7 O
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 4agW<c#
} ; %U\,IO `g
6,>$Jzs)5E
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? ~y<0Cc3Vs
这个差事就留给了holder自己。 )|~K&qn`
[D"6&
_.5{vGyxr
template < int Order > 7^gO>2~
class holder; UG2+Y']
template <> Rl?1|$%
class holder < 1 > [\8rh^LFi
{ ynIe4b
public : \c_g9Iqa
template < typename T > cY?|RXNmZ
struct result_1 (TZK~+]@sb
{ &jDN6n3z
typedef T & result; =H{<}>W'
} ; NI?O
template < typename T1, typename T2 > x@NfN*?/+i
struct result_2 DyC*nE;
{ 8eXeb|?J
typedef T1 & result; }-3 VK%
} ; f"Sp.'@
template < typename T > &^`Wtd~g
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const kV'zAF
v
{ Phn^0 iF
return (T & )r; }B0[S_mw
} Vn#}f=u\
template < typename T1, typename T2 > "r^RfZ;
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const |8` }8vo)
{ rJiF2 W
return (T1 & )r1; EQyX!
} )1At/ mr
} ; L^qCE-[
aL(G0@(
template <> [N,+mX
class holder < 2 > u62H+'k}F
{ xp|1yud
public : ;hQ[-
template < typename T > GCl
*x:
struct result_1 ilL%
{ +$C9@CZM9
typedef T & result; )@!fLAT
} ; e66Ag}Sw|
template < typename T1, typename T2 > {V7mpVTX.
struct result_2 -r*|N.5c
{ 0moA mfc
typedef T2 & result; ,7V?Kj
} ; P%R!\i
template < typename T > > TYDkEs0
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const
ZX/FIxpy
{ V7WL Gy.,
return (T & )r; |uy@v6
} ^_#wo"
template < typename T1, typename T2 > +2MF#{ tS
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const #?)6^uTW
{ <lzC|>BG
return (T2 & )r2; j&