一. 什么是Lambda F@C^nX9
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 >n!,KUu]
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
0k1yA
j4C{yk
%BV2 q
f*uD9l%/
class filler >R&=mo~
{ !}[cY76_
public : ueimTX k
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} +WGL`RP
} ; PNn-@=%
+[2X@J
w
=MZi=p
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: \Gzo^w
VOmWRy"L
wlY6h4c
*CnrzrKtQ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); _jhdqON6E
ku`bwS
MZ/PXY
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 XyM?Dc5,
"q'9-lk
^KK9T5H
1zz.`.R2U
二. 战前分析 T -'B-g
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=a@&
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 'yq'J)
Ob|[/NN
I{V1Le4?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); JN{xh0*
/* --------------------------------------------- */ qL \*rYe<
vector < int *> vp( 10 ); cuw3}4m%
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); &dC #nw
/* --------------------------------------------- */ VB?mr13}G
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); wu2AhMGmw
/* --------------------------------------------- */ JMT?+/Q bu
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); CCX!>k]
/* --------------------------------------------- */ 9hG+?
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); R+s_uwS
/* --------------------------------------------- */ !`VO#_TJ
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 8J-;/
C~5-E{i
)~](qLSl
GW(-'V/
看了之后,我们可以思考一些问题: p2=Sbb
1._1, _2是什么? LX
%8a^?;
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。 >:ZlYZ6sI
2._1 = 1是在做什么? J{Z-4y
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。 10/N-=NG18
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。 AR}M*sSh
;,z^!bD
l;e&p${P
三. 动工 LRhq%7p7
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: .2xp.i{
)-3!-1
VesO/xG<
,{C(<1
template < typename T > EO|r
class assignment h>Z$
n`T
{ -S=Zsr\
T value; C { }s
public : `9QrkkG+
assignment( const T & v) : value(v) {} X;5U@l
template < typename T2 > g~L1e5C]z
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } t[6 g9 e$
} ; + R)x5
i\S } aCm
c;w~ -7Q*|
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 X$O,L[] 4
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Xu1l6jr_
O_f|R1G5z
6e@
O88=
~Exd_c9
class holder %iI0JF*Ez
{ 7"f$;CN?~
public : `8F%bc54iw
template < typename T > ay2
m!s Q
assignment < T > operator = ( const T & t) const ?6
{ `hM:U
return assignment < T > (t); &7 }!U
} gKg2Ntxj
} ; tg~&kaz
>taS<.G
,_T,B'a:
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: #VC^><)3
+1p>:cih
static holder _1; [pbX_
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 1vu4}%nD
xIF
z@9+k
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); pFSVSSQRV|
而不用手动写一个函数对象。 ',0~ \V
/U1GxX:P,
~}4o=O(
kq:,}fc;B
四. 问题分析 o lNL|WJ`w
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。 UTUIL D
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。 bF'~&<c
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ~GfcI:Zz&
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 mf@YmKbp
下面我们可以对这几个问题进行分析。 NV;5T3
Y[T;j p(k
五. 问题1:一致性 rK~362|mo
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?| (k
M\R|
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ok'0Byo
;sNyN#
struct holder e=Kv[R'(M
{ +M@G 8l
// t2OXm
template < typename T > SlZL%C;
T & operator ()( const T & r) const f\~e&`PV
{ qB]z"Hfq,
return (T & )r; =Gd[Qn83.%
} 6FSw_[ )
} ; p/lMv\`5
vG\]xM'u
这样的话assignment也必须相应改动: z}C#+VhQ`
K;6K!6J:[
template < typename Left, typename Right > 8+gx?pb
class assignment y%TR2CvT
{ =oT@h
9VI
Left l; 1a4QWGpq
Right r; (fh:q2E#
public : ~JLqx/[|s
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Y hLtf(r
template < typename T2 > EemKYcE@Nr
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } r.i.w0B(
} ; QJdSNkc6
ZFW}Vnl
同时,holder的operator=也需要改动: o,\%c"mC
tO[+O=d
template < typename T > ?]9uHrdsN}
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const fwsq:
{ `Q(ac|
0
return assignment < holder, T > ( * this , t); lBG*P>;
} Mh+'f 93
Fa+PN9M`?.
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。 0BaL!^>
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 _&(ij(H
sWavxh8A
return l(rhs) = r; y\0^c5}
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。 Z7.)[
;
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: >D:S)"
z%Z}vWn
template < typename Tp > G~B
V^
class constant_t sM5 w~R>Y
{
Gzp)OHgJ
const Tp t; B. P64"w
public : Cg{$$&_(Hj
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} IB!Wrnj?
template < typename T > 'E&K%/d
const Tp & operator ()( const T & r) const =]zPUzr,|
{ #[KwR\b{:+
return t; A+F-r_]}db
} oTa! F;I
} ; 8V|-BP5^
ycE<7W
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 CIaabn
下面就可以修改holder的operator=了 l&|{uk
^U`q1Pg5
template < typename T > $`=?Nb@@#
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const s lI)"+6
{ hPk+vvXtK
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); i@I %$!cB
} Xj@Kt|&`k
l:|Fs=\
同时也要修改assignment的operator() }jk^M|Z"Oz
/N^+a-.Qd
template < typename T2 >
;<][upn
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ]_pL79y
现在代码看起来就很一致了。 eoL)gIM%
]Aluk|"`U
六. 问题2:链式操作 5-3gsy/Mo
现在让我们来看看如何处理链式操作。 (i?^g &
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。 b
gDDys
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。 XM 7zA^-
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。 y]+A7|
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct +]e4c;`ko}
.F6#s
template < typename T > >lj3MNSH
struct result_1 }dR*bG
{ jCl[!L5/1
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; s-ou ;S3s
} ; 37[C^R!1c
'oEmbk8Hg
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: Iymz2
x('yBf
template < typename T > GGuLxc?(
struct ref M@K[i*e
{ cs5Xd
typedef T & reference; ={Hbx>p
} ; KqUFf@W
template < typename T > **"P A8
struct ref < T &> p[eRK .$!
{ hJ@nW5CI
typedef T & reference; '8JaD6W9S
} ; 9e5UTJ
b2Hpuej
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: # 9t/j`{
*Tlv'E.M
template < typename T > LQjqwsuN{
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 8dH|s#.4um
{ x'qgpG}?]
return l(t) = r(t); 6xe
|L
} <b\urtoJ
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 /$=^0v+
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 fm*Hk57
]VME`]t`
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 S`G\Cd;5
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: i&$uG[&P
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 cPbz7
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 f/x "yUq
最后的布局是: C0%%@
2+
Add 1dcy+ !>
/ \ p"@|2a
Divide 5 nM`) `!/
/ \ "ir*;|
_1 3 E'G>'cW;x
似乎一切都解决了?不。 dc)Gk
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 kXr%73s
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 +0 MKh
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: KB= z{g
y6/X!+3+
template < typename Right > YSgF'qq\
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const iIFQRnpu;3
Right & rt) const 8=~>B@'
{ Q6K)EwN
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt);
`cpcO
} SOmn2
}
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 /Hmo!"W`
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 3p4?-Dd|_$
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。 fR%8?6
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。 {rZ"cUm
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。 (Y([^N q
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? cy 4'q?r
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: 919g5f`
YW<2:1A|
template < class Action > ]B4mm__
class picker : public Action lG9ARRy(=
{ L])w-
public : Ef.4.iDJrR
picker( const Action & act) : Action(act) {} W1Qc1T8
// all the operator overloaded 5H+k_U
} ; T;@>O^
sE6J:m(
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。 9eiBj
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%lGJ]ZEa
aUK4{F ;
template < typename Right > K"7;Y#1g
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const vc#oALc&
{ /Ph&:n\4
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); on?/tHys
} `Xdxg\|
|+-i'N9
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 493i*j5r)l
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。 ,hLSRj{
!"%sp6Wc
template < typename T > struct picker_maker |SKG4_wGe
{ I^(#\vRW
typedef picker < constant_t < T > > result; mo[<4Uks
} ; <0)ud)~u
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ROS"VV<
{ bs EpET
typedef picker < T > result; R2THL
} ; 8zDH<Gb
@jSbMI
下面总的结构就有了: Lo5@zNt%W
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。 ggc?J<Dv
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。 ,, %:vK+V
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 2BX GVo
至此链式操作完美实现。 +'KE T,
'QojSq
heZy
66
七. 问题3 X|E+K
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。 &v5.;8u+OV
YQV?S
template < typename T1, typename T2 > 'z}M[h
K]
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const l@rwf$-
{ )S}; k=kG
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); gT&