一. 什么是Lambda crJ7pe9
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 p<=(GY-
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, ?E+:]j_
M[YTk=IM#
QE45!Zg
*2,e=tY>
class filler 3!.H^v?
{ 't|Un G
public : +}7Ea:K
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} >bfYy=/
} ; RIy5ww}3|
s&dO/}3uR]
PTbA1.B
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: :DdBn.
sK`~Csb
iB
9;0V
/y
KE/-VjZu
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ?$|uT
W\@?e32
gDQkn {T.%
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 .D8~)ZWN
eg"=H50
aho'|%y)
cOSxg=~>u
二. 战前分析 eyeNrk*2o
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 [G{rHSK5tQ
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 CM%|pB/z
r}/yi
;wij}y-6
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 2;r]gT~
/* --------------------------------------------- */ \{c,,th
vector < int *> vp( 10 ); _tWJXv~;
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); P%zH>K
/* --------------------------------------------- */ op hH9D
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ;^R A!Nj
/* --------------------------------------------- */ aO8ch
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); "?apgx 6
/* --------------------------------------------- */ dB@Wn!Y
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); #yW.o'S+
/* --------------------------------------------- */ GWF/[%
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); J DLTOLG
QS3U)ZO$@
(k%GY<
b P
W8w3~
看了之后,我们可以思考一些问题: 01U
*_\
1._1, _2是什么? bTZ>@~$
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。 j?EskT6
2._1 = 1是在做什么? h ?uqLsRl
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。 06 QU
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。 5Z/yhF.{
5]jx5!N
CzYGq
三. 动工 $o]r]#B+
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: :w@F?:C
W7H&R,
_i5mC,OffN
U?gl"6x
template < typename T > yJ%t^ X_
class assignment <&4nOt
{ 9|'
|BC
T value; =EQJqj1T
public : i.3cj1
assignment( const T & v) : value(v) {} #@ 9)h
template < typename T2 > !X^Hi=aV
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } :6XguU
} ; KX!i\NHz
6gXIt9B.h$
w{pUUo:<
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 <lUOJV{&\
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment _`H.h6h
>D 97c|?c
<"W?<VjO
[+;qWfs B
class holder ))!Bg?t-
{ #Mh{<gk%ax
public : fX_#S|DlSG
template < typename T > !)N|J$FU
assignment < T > operator = ( const T & t) const 8O>}k
{ !<&m]K
return assignment < T > (t); *n8%F9F
} 7W"/N#G
} ; x<)G( Xe*
>1A*MP4
OA[&Za#w
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: 9Gca6e3
-
ay5
static holder _1; O`WIkBV!
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 >&OUGu|
#/|75
4]]
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Z,K7Ot0
而不用手动写一个函数对象。 (:5G#?6,
9qKzS<"h
[QT1Ju64
Wt^|BjbB4
四. 问题分析 !YiuwFt
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。 98fu>>*G{
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。 j Fma|y
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 'n0 .#E_
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 2#3^skj
下面我们可以对这几个问题进行分析。 v!H:^!z
#Z\O}<
五. 问题1:一致性 Cp#)wxi6[y
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?| A3HF,EG
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 $J.T$0pFa
k@V#HC{t
struct holder ,_D"?o
{ w1r$='*I
// 'CXRG$D
template < typename T > r[s!F=^
T & operator ()( const T & r) const p~2UUmV
{ LvJGvj
return (T & )r; @wp4 |G
} [ |[>}z:
} ; `2`fiKm
JS2nXs1
这样的话assignment也必须相应改动: ahJ1n<
B<7/,d'
template < typename Left, typename Right > 2| B[tt1Z
class assignment GMW,*if8p
{ HRB[GP+
Left l; fTqC:r|st
Right r; o%[U
public : Z)pz,
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} #D*r]M
template < typename T2 > jTb-;4N'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } w\w(U
} ; aE|OTm+@9;
k6"KB
同时,holder的operator=也需要改动: [BM*oEFPB*
\'Z<P,8~
template < typename T > )zq.4
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const y{d^?(-
{ ~>5#5!}@*
return assignment < holder, T > ( * this , t); at|g%$%
} 6_gnEve
h
<?h%k"5
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<:x/
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ~ttY(wCV
g>
S*<
return l(rhs) = r;
4f^C\i+q
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。 pI;NL
[
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: TeQNFo^_8
6Pn8f
template < typename Tp > p'n4)I2#
class constant_t 4v'A\~ZU
{ ^V3v{>D>
const Tp t; ceT&Y{T
public : d2S~)/@S
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} VR5fqf|*
template < typename T > (*\jbK
const Tp & operator ()( const T & r) const i)ASsYG!
{ k+^'?D--'P
return t; GiFXX
} Q;u SWt<{
} ; U__(;
/1;
ZJ,cQ+fn
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Thr*^0$C
下面就可以修改holder的operator=了 {g6Qv-
;AJTytE>%
template < typename T > 2;`=P5V
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const T]T;$
{ }_
mT
l@*
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 4~z?"
} ?BA^YF
PX(pX>
同时也要修改assignment的operator() 8|Y.|\
^Q+i=y{W
template < typename T2 > m~#%Q?_ %
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } &o3K%M;C?
现在代码看起来就很一致了。 BxK^?b[E8
N#C1-*[C
六. 问题2:链式操作 Q@@v1G\
现在让我们来看看如何处理链式操作。 KvPX=/&Zu
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。 up'
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。 $ (=~r`O+1
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。 }!>=|1fY
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct &PWB,BXv
<plC_{Y:wu
template < typename T > D]s]"QQ8
struct result_1 M$Zo.Bl$(
{ U`|0 jJ
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; v%{.A)
} ; %wptZ"2M
\C^;k%{LV
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: ra N)8w}-
;Xvp6.:
template < typename T > ;Lm=dd@S:
struct ref 5kNzv~4B,;
{ SLfFqc+n0
typedef T & reference; 'CZa3ux
} ; X|D!VX>#!
template < typename T > YW\0k5[
struct ref < T &> R%D'`*+
{ U$dh1;
typedef T & reference; h].~# *
} ; COzyG.R.
`(6r3f~XJ
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: kql0J|P?
=qy=-j]
template < typename T > 4_ v]O
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const YwY74w:
{ [+m?G4[
return l(t) = r(t); l7{oi!
} ^ci3F<?Q=
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 1?*
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 0[?ny`Y
&UCsBqIY
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 4MuO1W-
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 2Qp Hvsl_
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 E{^ XlY
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 f
h#C' sn
最后的布局是: h:zK(;
Add NLPkh,T:
/ \ :j')E`#
Divide 5 &!aAO(g
/ \ }]n$ %g(
_1 3 +Q=1AXe
似乎一切都解决了?不。 `LAR@a5i
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。 l
{jmlT
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。 ?{w3|Ef&
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
Bd, k3
'bld,Do6
template < typename Right > *KY=\
%D
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const hQ6a~?f
Right & rt) const .h&k jD
{ ;$Y4xM`=m
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ")O`mXg-
} VhjM>(
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 HHX-1+L
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。 r:&`$8$
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。 53-v|'9'
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。 ;zM*bWh9
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。 r<F hY
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? R8rfM?"W
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: \0lnxLA
*BuUHjTv
template < class Action > @/ZF` :
class picker : public Action g;$Xq)Dd
{ ?Kvl!F!`
public : ae:zWk'!
picker( const Action & act) : Action(act) {} }ENR{vz$A
// all the operator overloaded 8Og_W8
} ; %AOja+
I$E.s*B9
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。 322jR4QGr
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: ]EwVpvTw
|-V&O=!^+
template < typename Right > 1]IQg;q
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const l]~n3IK"
{ "S3wk=?4
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); WD Fjp
} FnJ?C&xK
dq[Mj5eC
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > HV6f@
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。 *(PL
_/:
&Ysosy*
template < typename T > struct picker_maker |6=p{y
{ xI>A6
typedef picker < constant_t < T > > result; HB
Iip?
} ; l;y7]DO
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > >.dWjb6t
{ vSi_t
K4
typedef picker < T > result; WTImRXK4
} ; K'K2X-E
6[ OzU2nB
下面总的结构就有了: 3~nnCR[R
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。 N3u((y/
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。 >#,G}xf
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 6#IU*
至此链式操作完美实现。 /axIIfx-
ui (^k $
0b4R
七. 问题3 CR6R?R3b
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。 P!"&%d
6mKjau{r_
template < typename T1, typename T2 > )(y)A[
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const \P1S|ufv
{ }$bF
5&
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); <dW]\h?)
} %W@v2
wywQ<n
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: Vp>|hj po
G7N|
:YK
template < typename T1, typename T2 > sP^R/z|Y
struct result_2 [s&$l G!
{ hKzSgYxP=t
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; tv!_e$CR
} ; <7-J0btV
f>aRkTHf
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢?
Z*-g[8FO
这个差事就留给了holder自己。 S[7WW$lF
=XXZ?P
s}N#n(
template < int Order > 2Ry1b+\
class holder; &3yD_P_3
template <> %/9
EORdeH
class holder < 1 > kWdi595
{ EvOJ~'2 Y%
public : q$aaA`E%
template < typename T > 4wrk2x[
struct result_1 XoA+MuDzpo
{ >@"Oe
typedef T & result; u%.$BD Hg
} ; da (km+
template < typename T1, typename T2 > @:KJYm[
struct result_2 C-iK$/U
{ yRo-EP
typedef T1 & result; e^ v.)
} ; jg?x&'u\)
template < typename T > ar:+;.n
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const byv[yGa`
{ dDF
.qXq.
return (T & )r; Y5F]:gs@
} (
H6c{'&
template < typename T1, typename T2 > U#3J0+!
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const sP ls
zC[
{ +|tC'gCnV
return (T1 & )r1; N 5 $c]E
} =+AS/Jq
} ; :UQTEdc{
RIIitgV_
template <> g55`A`5%C
class holder < 2 > h[PYP5{L
{ }fKSqB]T-
public :
=|9H
template < typename T > 9'r:~O
struct result_1 gB<3-J1R
{ 9Lr'YRl[W
typedef T & result; `3:.??7N
} ; sqW*
pi
template < typename T1, typename T2 > 23h%
< ,
struct result_2 7U"[Gf
{ ",!1m7[wF
typedef T2 & result; :sCqjz
} ; ;&