一. 什么是Lambda 2[po~}2-0
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 mPin\-I
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, c0&'rxi(B
!h!9SE
8>q%1]X
kW&Z%k
class filler K<6x4ha
{ 2nkj;x{H$
public : ACO4u<M)
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} |ozoc"'
} ; SRN9(LN
!`[I>:Ex
ZT8Ji?_n
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: e[mhbFf-
+esNwz_
nFnF_
QX.6~*m1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); |$w={N^4
4c[)}8\
v7FRTrqjj
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 q'F_j"
H
r^15
b+].Uc
eH%L?"J~:
二. 战前分析 ?lDcaI>+n
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 S~Iw?SK3
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 ^[}0&_L
w
0j!ke1C&C
8V|jL?a~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ;Z1U@2./
/* --------------------------------------------- */ (SsH uNt.
vector < int *> vp( 10 ); !Vr45l
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); =j+oKGkoCa
/* --------------------------------------------- */ Ge:-|*F
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 6~h1iY_~
/* --------------------------------------------- */ M1]6lg[si
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); YD46Z~$
/* --------------------------------------------- */ _8b]o~[Z+
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); {IPn\Bka
/* --------------------------------------------- */ ;q,)NAr&
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 'CX.qxF1;p
(Ef2
w['
B_"OA3d_
qIGu#zX W
看了之后,我们可以思考一些问题: jUJTcL
1._1, _2是什么? U++~3e@l
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。 r` `iC5Ii
2._1 = 1是在做什么? AqbT{,3yW
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 >
mu)('U
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。 frmqBC VJ:
{8#N7(%z
`+hy#1]
三. 动工 Md>f
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: `}9 1S
ra%R:xX
Qw<kX*fxrI
[p W1=tI
template < typename T > K\KO5A
class assignment N=Uc=I7C
{ a\&(Ua
T value; Xh0wWU*
public : rX!+@>4_L
assignment( const T & v) : value(v) {} 1x\VdT
template < typename T2 > \_gp50(3
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ]~\SR0
} ; hr<7l
C
)-.Cne;n
k?["F%)I
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 fmnRUN=
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ,"N3k(g
W"-EC`nP
(I7&8$Zl
DO1 JPeIi
class holder K/wiL69
{ X40la_[.
public : hINnb7o
template < typename T > Q.9Ph
~
assignment < T > operator = ( const T & t) const jTd4 H)
{ S< EB&P
return assignment < T > (t); T6R7,Vt'v
} EtR@sJ<
} ; })zB".
K=m9H=IX~T
{
OxAY_
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: jMf 7J
'HQ7
|Je
static holder _1; }RA3$%3
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 foFg((tS
\3Q:K|
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); +EST58
而不用手动写一个函数对象。 ol?z<53X]
{+C %D'
Sv7>IVC?@
1H&?UP4=(
四. 问题分析 r,u<y_YW
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。 28T\@zi
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。
NVO9XK
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Jt-XmGULB
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 [GR]!\!%~
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ]cF1c90%
<\1}@?NGC
五. 问题1:一致性 r^w\9a_
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?| Z:_m}Ya|
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 'a;ini
+CnyK(V
struct holder |D;_:x9
{ 9N~8s6Ob
// $6:XsrV\a
template < typename T > wJ80};!
T & operator ()( const T & r) const v Q-ixh
{ 93Mdp9v+i
return (T & )r; ^%n124
} n_""M:X H
} ; {B FT
F5N>Uqr*oN
这样的话assignment也必须相应改动: v!<PDw2'
.sd B3x
template < typename Left, typename Right > nB cp7e
class assignment ";wyNpb(
{ .9T.3yQ
Left l; $ZQlIJZ
Right r; 6QN1+MwB
public : 8- dRdQu]
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} YPF&U4CN
template < typename T2 > Bii6Z@kS
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } +(;8@"u
} ; KY4d+~2
\We"?1^
同时,holder的operator=也需要改动: r?64!VS;
Xtci0eS#V
template < typename T > )^t!|*1LA
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Ms.PO{wb
{ R#Y50hzT
return assignment < holder, T > ( * this , t); O24Jj\"
} b7,
tO?21?AD D
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 7*zB*"B'1t
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 qTyg~]e9(
KK:N [x
return l(rhs) = r; u$WBc\j
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。 CnabD{uTf
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: oJP<'l1
?Wwh
_TO
template < typename Tp > $z= 0[%L
class constant_t _ymJ~MK
{ IYuyj(/!
const Tp t; &g*klt'B
public : j.k@6[R>?
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} E9^(0\Z
I
template < typename T > 3H1Pp*PH
const Tp & operator ()( const T & r) const .|T2\M
{ ? ouV
return t; jMK3T
} CXBzX:T?#
} ; g93I+
66oK3%[
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 zLh Fbyn(
下面就可以修改holder的operator=了 ?K0U3V$s
pp(H
PKs=}
template < typename T > Oz:D.V
3~
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const <\h*Zy
{ 1+R:3(AC
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); GA.BI"l
} SV&kWbS
!d\t:0;
同时也要修改assignment的operator() ,,S9$@R
K6E}";;
template < typename T2 > !]yQ1@)*'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } rqF"QU= l
现在代码看起来就很一致了。 G]b8]3^
mj)PLZ]
六. 问题2:链式操作 L*P_vCC
现在让我们来看看如何处理链式操作。 [d}qG#N
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ,aI,2U91
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 d;{y`4p)s
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 (/'h4KS@
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct
KZ]r8
.%_)*NUZ
template < typename T > 4 &|C}
struct result_1 )B81i!
q
{ d5Qd'
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; X&s7%]n+
} ; :ztyxJv1
CQ<8P86gt
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ai4PM
b$p
7UnzIe
template < typename T > /M:H9Z8!
struct ref [G\o+D?2
{ PQ,+hq
typedef T & reference; 2sUbiDe-
} ; QeL{Wa-2F
template < typename T > &RWM<6JP
struct ref < T &> KCD5*xH
{ D%A@lMru
typedef T & reference; P 4QkY#v
} ; lDC}HC
g&bwtEZ
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: $R";
Z9xR
template < typename T > ^1.7Juvb
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const $:e)$Xnn-
{ ?s%v 3T
return l(t) = r(t); ZY)%U*jWU
} @LcT-3 u
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。 qp\BV #E
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 [@<G+j
u%xDsTDP
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 U%q:^S%#eG
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: WV2~(/hX&
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 v{.\iIg N
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 66
N)
最后的布局是: b~j~
Add QNb>rLj52
/ \ ?I\v0H*
Divide 5 t=i/xG: 5
/ \ qC..\{z
_1 3 V}SyD(8~
似乎一切都解决了?不。 iD<6t_8),
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。 |YRY!V_w
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。 2A>C+Y[7\
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: y^G>{?Tha
o!utZmk$
template < typename Right > 7
5|pp
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const *0~M
Right & rt) const n$YE !D'
{ 2m\m/O
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); F@1d%c
} "<x&pQZ%
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ~0ooRUWU7
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 k}zd'
/b
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 \B&6TeR
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 y
AOg\+
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 "5}%"-#
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? +2Ql~w@$^l
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: waCboK'
]`d2_mu
template < class Action > f^?uY8<
class picker : public Action ;E#\
{ (z2Z)_6L*L
public : d=y0yq{L
picker( const Action & act) : Action(act) {} +zsZNJ(U
// all the operator overloaded w" JGO
} ; zKxvN3!
{5-zyE
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。 [O_^MA,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: bDWeU}
f05=Mc&)
template < typename Right > x'qWM/
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const -`Q}tg>cT
{ AK *N
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); HIGNRm
} m?;$;x~Dj
%2D17*eK
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Mlj#b8
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 ?/'}JS(Sm
<0 uOq
template < typename T > struct picker_maker Qn.[{rw
{ P"F{=\V1`<
typedef picker < constant_t < T > > result; q}wj}t#
} ; c
0-w6
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > A,BEKjR~J
{ -72j:nk
typedef picker < T > result; Yj|]Uff8O
} ; x2k*|=$
BS7J#8cu
下面总的结构就有了:
<uD qYT$6
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。 d0
-~|`5
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。 7Ms90oE/c
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 2]2H++
至此链式操作完美实现。 8a>SC$8"
%hINpZMr
M4?8xuC
七. 问题3 gvyT-XI
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。 >'`Sf ?+|
j[XYj6*d
template < typename T1, typename T2 > %8w9E=
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 3wC
R|ab}
{ M&y5AB0
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 2*u.3,aW
} hD
q2-X}
-eml
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: g19S
#3 bv3m
template < typename T1, typename T2 > ArzDI{1
struct result_2 @B`Md3$7
{ P^[/Qi}j
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; AmcC:5
} ; Q\9K2=4
c!Dc8=nE0m
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? xU}M;4kH~
这个差事就留给了holder自己。 73
V"s
}Hy ~i
XoItV
template < int Order > >uy%-aXiVa
class holder; P`TIaP9%E
template <> +xj "hX>3
class holder < 1 > IgM
v =^U
{ yC
!/PQ"
public : -$YJfQE6G
template < typename T > XmWlv{T+
struct result_1 S|K}k:v8
{ A#DR9Eq
typedef T & result; ."mlSW"Wm
} ; M"U OgS
template < typename T1, typename T2 > vM4<d>
struct result_2 64U6C *w+
{ >85zQ
1aL
typedef T1 & result; ?QpNjsF
} ; S~3\3qt$
template < typename T > ZHkw6@|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const `Ko[r
R+
{ % fhNxR
return (T & )r; !/hsJ9
} 2P9J'
L
template < typename T1, typename T2 > 8S
U%
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const KcXpH]>!9
{ FifbxL
return (T1 & )r1; 5~r2sCDPk
} >I<PO.c!
} ; G7-!`-Nk
- k`.j
template <> -9o{vmB{
class holder < 2 > G!Zyl^
{ v0@)t&O
public : w sY}JT
template < typename T > &[j]Bp?
struct result_1 *YvRNHP
{ pn\V+Rg'
typedef T & result; 1`-r#-MGG
} ; u^4h&fL
template < typename T1, typename T2 > CMl~=[foW
struct result_2 'M/([|@
{ K+),?Q
?.p
typedef T2 & result; lf$Ve
} ; fKkjn4&W
template < typename T > 2]ti!<
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ::"E?CQLV
{ i@zY9,b
return (T & )r; MYdx .NZT
} U<bYFuS"
template < typename T1, typename T2 > tcL2J .
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const :"'nK6>
{ CAgaEJhX3
return (T2 & )r2; kso*} uh0
} gx;O6S{
} ; )^/0cQcJ
fgCT!s7z
`\b+[Nes
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 *jCW.ZLY
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: o""~jc~
首先 assignment::operator(int, int)被调用: KCtX$XGL
&;>4N"]
return l(i, j) = r(i, j); BSzkW}3q9
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) qO()w
{-WTV"L5*2
return ( int & )i; &]iKriG
return ( int & )j; $f-hUOuyo
最后执行i = j; edpW8eND
可见,参数被正确的选择了。 ([LIjaoi
b{&FuvQg