一. 什么是Lambda B`9'COw
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 S9U`-\L0
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, 4IIe1
.{
x2(hp
e=Kf<ZQt
sBB>O@4
class filler l3rr2t
{ 0c
/xE<h
public : \"|E8A6/
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 6f{Kj)
} ; l/#;GYB]
wtIXZUx
FK{Vnj0
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: L;wzvz\+
hZ[,.
Q6]SsV?x
o@XhL9
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); hCuUX)>Bt
*FmY4w
v[A)r]"j"M
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ^FIpkhw
#2^eGhwnI
.T#h5[S2x
9jBP|I{xI
二. 战前分析 0X!A'
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。 |eU{cK~e^
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
au1uFu-
!EB<e5}8wK
F4 `ud;1H
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 4|ML#aRz
/* --------------------------------------------- */ $oDc
vector < int *> vp( 10 ); ?:H4Xd7
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); e5W 8YNA
/* --------------------------------------------- */ {mr!E
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 6F
!B;D -Q
/* --------------------------------------------- */ :
M=0o<
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); U["'>&B
/* --------------------------------------------- */ #{-B`FAQ
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); J!YB_6b
/* --------------------------------------------- */ 5%Hw,h
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); qT5q3 A(8
suiO%H^t
]
-iMo4H
avxr|uk
看了之后,我们可以思考一些问题: 9kZ[Z
,=>
1._1, _2是什么? EhB0w; c
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Kg4\:A7Sa.
2._1 = 1是在做什么? Y=6569U2
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 `#Z=cq^_
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 9EHhVi
P'l'[Kz{'
4AW-'W
三. 动工 UNY
O
P{
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: =#L\fe)q)
v'=$K[_
$ S(<7[Z
(qo
?e2K
template < typename T > ,yf2kU
class assignment !p
#m?|Km
{ N5_`
T value; wo>7^ZA
public : B6UTooj
assignment( const T & v) : value(v) {} `X)y5*##wq
template < typename T2 > Lp31Y .4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } -j& A;G
} ; .=G?Zd
"}*5'e.*
_?~EWT
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 F)K&a
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment `
ES-LLhVf
y Ny,$1
H.o=4[
S,0h
&A9
class holder uE E;~`G
{ c`,'[Q5(O
public : 7C / ^Gw
template < typename T > b,h@.s
assignment < T > operator = ( const T & t) const T&'p5h=l
{ @qUgp*+{
return assignment < T > (t); ~ p~
} 6K Cv
} ; z\7-v<ZS
tW-wO[2
"
l;=jk]
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: tEuVn5
:Eb=jWA
static holder _1; Y'
FB
{
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 80_}}op?8
d#(ffPlq
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1L;3e@G
而不用手动写一个函数对象。 w 3kX!%a:
Dbl3ef
Nb3uDA5R
u!CcTE*
四. 问题分析 {q!GTO
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 9z#z9|hj)3
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 h~`^H9?M
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 He9Er
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 4++
&P9
下面我们可以对这几个问题进行分析。 tNvjwgV\
dkWV/DAm
五. 问题1:一致性 |1%eo.
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| L_`D
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 .+)
AeGh
7TW&=(
struct holder e+~@"^|
{ q:cCk#ra
// -JfqY?Ue_2
template < typename T > `c)[aP{vN
T & operator ()( const T & r) const {[pzqzL6
{ J7pF*2
return (T & )r; ]xxE_B7
} ]y9u5H^
} ; \RS0mb
]bP1gV(b-
这样的话assignment也必须相应改动: kD46Le++B
719lfI&s
template < typename Left, typename Right > S'(IG m4
class assignment {ui{Y c
{ y9Pw'4R
Left l; k
1lK`p
Right r; J?Bj=b
public : 1lYQR`Uh
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} H0\', X
template < typename T2 > @$fvhEkrT@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } RF }R~m9]
} ; LGh#
qTz5P
同时,holder的operator=也需要改动: SFjR SMi
B7.<A#y2
template < typename T > 7Hg;SK6t0
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ]T=o >%
{ &3Ry0?RET
return assignment < holder, T > ( * this , t); zeshM8=
} eRm*+l|?
/H*[~b
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。 LFAefl\
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 B{K_?ae!
g;~$xXn
return l(rhs) = r; .U#oN_D
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Z|B`n
SzH
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Gs/G_E(T
SveP:uJA[
template < typename Tp > %O9P|04]3
class constant_t p
~pl|
{ "^)$MAZ
const Tp t; *7{{z%5Pu
public : pS "A{k)i
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} *SYuq)
template < typename T > 4N)45@jk[
const Tp & operator ()( const T & r) const "
1h~P,
{ &,QBJx<#
return t; gm$<U9L\v
} ; EsfHCi)
} ; m~tv{#Y
79uAsI2-Y
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ~zoZ{YqP
下面就可以修改holder的operator=了 <9[>+X
#Cb~-2:+7
template < typename T > `j4OKZ
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 734H{,~
{ ~H4Tr[8a
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); m'KEN<)s
} ll
^I;o0
RgD:"zeM
同时也要修改assignment的operator() XzW\p8D^u
L*6>S_l[
template < typename T2 > ;ykX]5jGh
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } bSW~hyI w
现在代码看起来就很一致了。 8w ]'U
zUA
-
六. 问题2:链式操作 G%dzJpC(
现在让我们来看看如何处理链式操作。 0?''v>%
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 :cA8[!
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 CN6b982&
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ;73{n*a$
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct `^)oVs
be]Zx`)k
template < typename T > gWl49'S>+
struct result_1 82YZN5S3]3
{ :Vrj[i-{
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ynn>d
} ; POQ4&ChA
0KN'\KE
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: BO>[\!=y
(r-PkfXvIf
template < typename T > *>T@3G.{Rm
struct ref p[%B#(]9,
{ ?:7.3{|Aq
typedef T & reference; vv D515i
} ; QSvgbjdE
template < typename T > nc?Oj
B
struct ref < T &> (/|f6_9!
{ *X2dS
{
typedef T & reference; RaA7 U
} ; ={I(i6
[ z{}?
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ~V/?/J$
h@{CMe
template < typename T > [ak[ZXC,
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const mpzm6Ieu
{ `8D'r|=`Eh
return l(t) = r(t); bKQ-PM&I/t
} fK4NmdTV
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。 \O\veB8
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Lmc"qFzK
lmx'w
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 {WuUzq`
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: #Qd"d3QG
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ~t^'4"K*
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 {+ WI>3
最后的布局是: 51puR8AG>
Add *KPNWY9!W
/ \ )z7+%n TO
Divide 5 \Bn$b2j!%
/ \ JjG>$z
_1 3 =
$6pL
似乎一切都解决了?不。 +|Mi lwr
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 nn/_>%Y
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 }#E~XlX^
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: %loe8yt
1y.!x~Pi,
template < typename Right > y73@t$|
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ]ChN]>o
Right & rt) const k^\>=JTq=
{ EYU3Pl%
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); **Q
K}j[D
} $c24l J#/
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 3qq6X?y*
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 6E.64+PJw
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 1{bsh?zd
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 lHSuT2)x;
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 fg8U*7
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? #VM-\02o
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: S.NLxb/
`L
{dF
template < class Action > \Zo
xJ&
class picker : public Action }'Yk#Q
{ TY gn
X
public : ~f]I0FK
picker( const Action & act) : Action(act) {} eX9H/&g
// all the operator overloaded M2y"M ,k4
} ; =#{i;CC%
*M()z.N
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 VK?c='zg
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: AME6Zu3Y
Js!V,={iX
template < typename Right > 30$Q5]T
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const W\<p`xHk
{ oF#]<Z\
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); m_r_4BP
} #:M)a?E/%
1|%C66f^
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > hh"=|c
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。 (Y?"L_pC
[<7Vv_\Q
template < typename T > struct picker_maker )6Qk|gIu(
{ B$%7U><'
typedef picker < constant_t < T > > result; 6"U)d7^
} ; )qx,>PL
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > i:,37INMt
{ "6fTZ<
typedef picker < T > result; `)s>},8W!
} ; `Hq)g1a7q
}mSfg
下面总的结构就有了: 3QzHQU
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 =o+))R4
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 ~85Pgb<
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 Yet!qmZ
至此链式操作完美实现。 '74-rL:i
C/x<_VJzN/
@}@J$ g
七. 问题3 I!sB$=n
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 OA3* "d*
&GH,is
template < typename T1, typename T2 > R2$;f?;:
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ~#jD/
{ B?)=d,E
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); eb>YvC
} =~~Y@eX
DEkFmmw
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: pn6!QpV5
V_"K
template < typename T1, typename T2 > ?H_'L4Wv
struct result_2 A9HJWKO
{ R)?zL;,x
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ^UAL5}CQt
} ; RxVf:h'l
D#n^U
`\if
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? 1Q ^YaHzuW
这个差事就留给了holder自己。 yPqZ ,
aj<=]=hr
DIurFDQSS
template < int Order > ^?)o,djY&
class holder; ;f7;U=gl,
template <> XABI2Ex
class holder < 1 > >-{)wk;1&
{ E)dV;1t
public : )m Uc
!TP
template < typename T > DdL0MGwX
struct result_1 ~rX2oLw{&
{ 4^0L2BVcv
typedef T & result; Cq,ox'kGl
} ; YdK]%%
template < typename T1, typename T2 > PDnwaK
struct result_2 6KD
{ jWd 7 >1R?
typedef T1 & result; L27i_4E,
} ; 007SA6xq
template < typename T > ^"h`U'YC
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const tGs=08`
{ \=yx~c_$L
return (T & )r; \HB4ikl
} ;O2r+n
template < typename T1, typename T2 > |?!Ew# w
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const D+.h*{gD
{ a
N| MBX;
return (T1 & )r1; :>.~"uWo{
} 3P!Jw7e
} ; EQkv&k5X
\Om<
FH}
template <> 6uYCU|JsU
class holder < 2 > z Lw=*
{ VR/>V7*7@
public : 4 }l,F
template < typename T > r2T-= XWB
struct result_1 /
W}Za&]
{ 0.+"K}
typedef T & result; UpgY}pf}
} ; rZDlPp>BPZ
template < typename T1, typename T2 > "mnWqRpX
struct result_2 F(8>"(C
{ dE+xU(\,w
typedef T2 & result; Syn>;FX
} ; 9'I
I!
template < typename T > Uu9\;f
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const @L8('8~d
{ <aR8fU
return (T & )r; ;K:)R_H
} aZYa<28?L%
template < typename T1, typename T2 > /!kKL$j
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const g(\FG
{ 63d'
fgVp
return (T2 & )r2;
L[d7@
} Y#_,Ig5.
} ; d*Y&V$?zl
"qRE1j@%a
[e
)j,Q1
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> >。 1.0S>+^JE
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: Z,Z34:-
首先 assignment::operator(int, int)被调用: DYU+?[J
n\}!'>d'
return l(i, j) = r(i, j); |Ebwl] X2
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) +k'5W1e
2B7X~t>8a
return ( int & )i; xn&G`
return ( int & )j; 'w`:p{E
最后执行i = j; M* (]hu0!
可见,参数被正确的选择了。 Vt:]D?\3
m<wng2`NTv
hbhh
m
q"5iza__H
q&Sd+y&