一. 什么是Lambda O
,9,=2j
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 f4mQDRlD
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, w%3*T#tp
&E/0jxM1
4qYT
6T`F'Fk[
class filler ?z[k.l+6w
{ s7 789pR
public : *XCgl*% *
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} h1_9Xp~N
} ; 8kRqF?rbj
|/YwMBi
"p"M9P'
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: !gyEw1Re7
*WQl#JAr
K/;*.u`:
MEI.wJZ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ##\
<mFE
Xc}~_.]
((AsZ$[S
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 =O.%)|
H\PY\O&cP
m4m,-}KNi
J
,s9,("
二. 战前分析 -W\1n#J
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 &{R]v/{p]
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 SK]"JSY`
s(?A=JJ
4nz$Ja)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); {F'~1qf
/* --------------------------------------------- */ 1y{@fg~..
vector < int *> vp( 10 ); y@'~fI!E4
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ir?Y>
/* --------------------------------------------- */ =qNZ7>Qw
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); o9JZ-biH
/* --------------------------------------------- */ &F 3'tf?
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 4iPxtVT
/* --------------------------------------------- */ X }""=
S<
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); CKuf'h#
/* --------------------------------------------- */ .Bs~FIe^
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); e.n*IJ_fz
hgU#2`fS
A.|98*U%
*[ww;
看了之后,我们可以思考一些问题: r;"uk+{i
1._1, _2是什么? 0kiV-yc
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。 Ij_h #f
2._1 = 1是在做什么? c`M
,KXott
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。 3;F+.{Icc
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。 M>xjs?{%k
<cUaIb;(4
G?e\w+}Pj@
三. 动工 p+y2w{{
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: D&]dlY@*
D:I6nSoC
F<Y>
"b6ew2\
template < typename T > RLE6=#4
class assignment na0-v-
{ pN-c9n4#j
T value; x#hGJT
public : ln&9WF\I
assignment( const T & v) : value(v) {} 3x6@::s~
template < typename T2 > AfaoFn+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Z{p62|+Ck@
} ; {[tx^b
E!6 Nf[
VYAz0H1-_
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 a(|,KWHn
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment %{j)w{
LJ
'>aj5tZ>R
vq_v;$9}
cq,8^o&
class holder <ZwmXD.VD
{ Rct=vDU
public : zjlo3=FQX[
template < typename T > R;3T yn+
assignment < T > operator = ( const T & t) const T!3_Q/~^r
{ `ZLA=oD
return assignment < T > (t); dl;
} w.9'TR
} ; m{VC1BkZ
9i`sSi8
iL\eMa
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: <`Q*I
Y
n^+rxG6L
static holder _1; [KT1.5M[
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 i3usZ{_r
w}:&+B:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); s<`54o ,
而不用手动写一个函数对象。 nLjc.Z\Bl
TQiDbgFo
{klyVb
z&W5@6")`
四. 问题分析 o0`|r+E\
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。 k,M%"FLQ
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>fsk~
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 f !D~aJ
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 'du{ky
下面我们可以对这几个问题进行分析。
U%zZw)
oHvVZ
五. 问题1:一致性 $9In\x
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?| cpe/GvD5]
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 %$3)xtS6
Ix1[ $9
struct holder k2t#O%_f
{ 50VH>b_
// *E1 v
template < typename T > Q ,6[
T & operator ()( const T & r) const O9Fg_qfuT_
{ -'wFaW0%I
return (T & )r; (;1Pgh
} H6! <y-
} ; iTpU4Qsj
<&Q(I+^
这样的话assignment也必须相应改动: Ljq!\D
0*umf.R
template < typename Left, typename Right > 1}>u Y
class assignment M>kk"tyM
{ CDRkH)~$
Left l; TexSUtx@$
Right r; g#b uy
public : du0]LiHV
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} gyx4= 'Q
template < typename T2 > ^V5g[XL2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } JAA{5@ST
} ; 1p]Z9$Y
IP
e"9xb
同时,holder的operator=也需要改动: @*}?4wU^k
SGUu\yS&s
template < typename T > LnY`f -H
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const [Dou%\
{ b( qO fek
return assignment < holder, T > ( * this , t); ]%8f-_fSy
} o 2Okc><z
Y#[>j4<T
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 bo%v(
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 oY$L
fj,]dQT
return l(rhs) = r; <z+b88D
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。 8 ta`sNy9
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: g\O&gNq<)-
]0yYMnqvr
template < typename Tp > |fTWf}Jx
class constant_t 5Rc^5Nv
{
;p U=>
const Tp t; hr)CxsPoRQ
public : -'jPue2\
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} WI+ 5x
template < typename T > .o!z:[IPY
const Tp & operator ()( const T & r) const <Z6tRf;B
{ Pu-/*Fx
return t; Er]lObfQo
} `OP?[
f d
} ; ?*ni5\y5o
sKLH.@
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 S7_^E
下面就可以修改holder的operator=了 ^3:y<{J
5/{";k)L+
template < typename T > 3jG
#<4;J
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const yk<$XNc
{ pHpHvSI
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); YKZk/m&H
} c'8a)j$$+
5HAIKc
同时也要修改assignment的operator() Q|+g= |%^
<y30t[.E6
template < typename T2 > {ylhh%t4hi
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Zagj1OV|
现在代码看起来就很一致了。 "Nx3_mQ
A7SE>e>
六. 问题2:链式操作 'z}Hg
*
现在让我们来看看如何处理链式操作。 }CyS_Tc
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。 6-w'? G37
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。 8iDg2_l`G
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。 -<0PBl
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Q:#Kt@W
i$Sq.NU
template < typename T > J/o$\8tiMw
struct result_1 J"TM[4^\Y
{ ,@b7N[h
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; E*F)jP,yo
} ; ^ew<|J2,B
n!*uv~%$
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: Q4&|^RLLG
t=;84lA
template < typename T > X%>Sio
struct ref ~il{6Z+#n
{ ~^GY(J'
typedef T & reference; .M$}.v
} ; @^)aUOe
template < typename T > xa?#wY
b
struct ref < T &> }}VB#
{ -#nfO*H}
typedef T & reference; %%w/;o!c
} ; S_B $-H|
tKik)ei
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: UI,i2<&
*Ugtg9j
template < typename T > 22<T.c
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const u?>]C6$
{ v\UwL-4[
return l(t) = r(t); vj23j[!|
} |4F3Gu
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。 dK=<%)N
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 # XD-a
d5x>kO'[l
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 'xC83}!k
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: N2~q\BqA
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 /W6r{Et
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 b(Ev :
最后的布局是: f~3_Rv!
Add 0K&\5xXM
/ \ v.ftfL!
Divide 5 0uf'6<f R
/ \
*vss
_1 3 mu(EmAoenQ
似乎一切都解决了?不。 2eOde(K+
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。 Pc*+QtQ
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。 bLfbzkNV\1
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: "F*'UfOwrZ
XU}|Ud562
template < typename Right > UBUZ}ZIbN
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const pzMli^
Right & rt) const y'9
bs
{ &m'ttUG?
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ?d -$lI
} 3xJ_%AD\'
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ~\9bh6%R
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 3']yjj(gHr
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 _Vs\:tygs
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 Nz,8NM]
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 +U%U3tAvs
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? H@uCbT
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: ?}N@bsl08w
zai x_mR
template < class Action > zlh}8Es
class picker : public Action r`Qzn" H
{ `z=I}6){
public : Ng6(2Wt0e
picker( const Action & act) : Action(act) {} \?bp^BrI
// all the operator overloaded (]Z$mv!
} ; "))G|+tz
0ang^v;q
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。 %EZG2J jO)
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: @+v;B:
[>'P
template < typename Right > 1!x-_h}
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const y<G@7?
{ EcA@bZ0
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ?w}E/(r
} *CA7
{2CX
:(,Eq?
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > i6^COr
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。 w/KCuW<
FuZ7xM,
template < typename T > struct picker_maker (]|rxmycA
{ 2/9P&c-r