一. 什么是Lambda ;lPhSkD
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 p44uozbK
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, 'kONb
u+i/CE#w
#| e5
K|' ]Hje\
class filler qm&53
{ $EHn;~w T
public : Ns7l-mb
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} J,2v~Dq
} ; ',-X#u
(fjXp75
:\HN?_?{4
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: fJ+E46|4
-T="Ml&
s_e#y{{C2
X]qp~:4G
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); kO\&mL&
qD
kTe<1^,m
'bqf?3W
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 <8}9s9Nk
T)?@E/VaS
WlJRKM2
<zWQ[^
二. 战前分析 Bf}0'MK8zQ
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 r-DD*'R
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 4xC6#:8
!P3tTL!*L
kJ:5msKwC
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); (TK
cSVR
/* --------------------------------------------- */ G37L 9IG-M
vector < int *> vp( 10 );
R5YtCw]i=
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Q0cf]
/* --------------------------------------------- */ ^|axt VhMO
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); X=RmCc$:
/* --------------------------------------------- */ 78}%{7YY
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); =:T:9Y_ i
/* --------------------------------------------- */ ,PtR^" Mf4
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Czl 8Q oH
/* --------------------------------------------- */ "+OMo-<K7
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); d=Ihl30m
PzG:M7
@!tmUme1c
e&I.kC"j6
看了之后,我们可以思考一些问题: D}=i
tu
1._1, _2是什么? t5[JN:an
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。 hYQ%|CBXBR
2._1 = 1是在做什么? J!qEj{
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。 l@2`f#y1~<
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。 lJp v
7VD7di=D
+.Ukzu~s
三. 动工 P>cJ~FM
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Lgw@y!Llij
kxiyF$
9
(W6\%H2u
H0:6zSsc=|
template < typename T > *^m.V=
class assignment O?<_,-.
{ {twf7.eY
T value; v*p)"J *
public : t z>X'L
assignment( const T & v) : value(v) {} 0{@Ovc
template < typename T2 > M%LwC/h:,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } R1rfp;
} ; p_y*-,W
(
tg4&j$
%bETr"Xom
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 $BN+SD!
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment (9QRg;
~w%+y
v\T1,Z@N^
\YyU5f7';
class holder %=>xzP(z
{ U-:Z^+Y
public : k0=y_7
=(5
template < typename T > PhL5EYn
assignment < T > operator = ( const T & t) const 2]KPW*V
{ :D7!6}%
return assignment < T > (t); DO*C]
} Icb;Yzt
} ; v2<gkCK^
IWd*"\L
%&S]cEw
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 0|k[Wha#
/9gMcn9EB
static holder _1; JVCgYY({KQ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 !I
P*
I!@`_Q9N
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); (8/xSOZ[
而不用手动写一个函数对象。 |W[rywxx
LxGh *7K-
B(NL3WJ
p 8rAtz>=J
四. 问题分析 +OP' /
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 3hjwwLKG$
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。 _)\,6| #
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 gpl!Iz~5
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 cSWVHr
下面我们可以对这几个问题进行分析。 CawVC*b3
X~b+LG/
五. 问题1:一致性 8hV:bz"
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 !r z8S"
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 JB}h}nb
WWs>@lCK
struct holder LB0=V0|
{ 2)]*re)
// ?NeB_<dLa`
template < typename T > iIRigW
T & operator ()( const T & r) const !7|9r$
{ BE;iC.rW
return (T & )r; ou4?`JF)-
} 1@Gv`{v
} ; x/v+7Pt_
2?&ptN)`N
这样的话assignment也必须相应改动: KL{uhb0f
&WS%sE{p_
template < typename Left, typename Right > =i<(hgD
class assignment )^3655mb
{ o*8 pM`uw
Left l; W{2y*yqY
Right r; l;i
u`
public : breVTY7 S
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} DSa92:M}
template < typename T2 > Z0^do
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } >eI(M $
} ; epe}^Pl
Q4 S8NqE
同时,holder的operator=也需要改动: +[qy HTcG
#{PNdINoU
template < typename T > cFo-NI2
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 1EB`6_>y
{ )`0 j\
return assignment < holder, T > ( * this , t); kv2:rmv
} H%V[%
T4=
3iwZUqyq
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?@v}%w
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 )HcC\[
b9jm=U
return l(rhs) = r; wVX0!y6
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>NV5>
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Ac%K+Pgk.
vN+!l3O
template < typename Tp > $'w l{D"
class constant_t 7 |A,GH
{ y+<HS]vyV
const Tp t; n_Dhq (.
public : ;anG
F0x
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ,@MPzpH
template < typename T > %hh8\5l.:
const Tp & operator ()( const T & r) const ~CscctD{;
{ ?U[AE -*
return t; W@Wh@eSb;
} 6OUjc
} ; irS62Xe
[0emOS
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 75ob1h"
下面就可以修改holder的operator=了 1:8: yFV
9IMcp~zX
template < typename T > e)8iPu ..
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const bv0 %{u&
{ I
Cs1=
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); vhW'2<(
} ?*0kQo'
7y3; F7V
同时也要修改assignment的operator() *!kg@ _0K
sa($3`d
template < typename T2 > hJM0A3(Cm
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } N4pA3~P
现在代码看起来就很一致了。 a;sZNUSn
?u|g2!{_
六. 问题2:链式操作 H'.d'OE:I
现在让我们来看看如何处理链式操作。 -mF9Skj
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 mBF?+/l
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 &3efJ?8
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 7Fx8&Z
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct #,Y}
r` @Dgo}
template < typename T > IYFA>*Es
struct result_1 FdD'Hp+
{ @2<J_Ja
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; "Y+`U
} ; ([|M,P6e)U
qJsEKuOs
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ,??|R`S
p%_TbH3j`
template < typename T > 4$rO,W/&0
struct ref =/;(qy9.-R
{ Q\Eq(2p
typedef T & reference; @{G(.S
} ; l;ugrAo?
template < typename T > !ibp/:x
struct ref < T &> j!l(ReGb
{ L [^e<I
typedef T & reference; *4bV8T>0Z
} ; *!/9?M{p
ScD9Ct*):C
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: G[mYx[BTz
6=FuH@Q&
template < typename T > G(-
`FH
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const wFD.3!
{ 0;9LIL5
return l(t) = r(t); sq%f%?(V
} 0IZV4{
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。 vzU %5,
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 [,c>-jA5
NTC,Vr\A
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/4kfsN
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: !PgYn
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 oUqNA|l
T
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ;AaF ;zPV
最后的布局是: Wd7*sa3T
Add )-mB^7uXGv
/ \ 8dv1#F|
Divide 5 1/ a,7Hl
/ \ mEGMe@37
_1 3 .*Z]0~ &|
似乎一切都解决了?不。 .IqS}Rh
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。 :JlJB
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。 eNNK;xXe#
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: zK&`&("4C
Je/R'QP^8
template < typename Right > Y<B| e91C
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const `c icjA@~
Right & rt) const b#b#r
{ b% F|VG
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); pJmn;XbME
} !@Ox%vK
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 T|u)5ww%
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。 {0|^F!1z
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。 w/UsEIr
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。 +mY(6|1
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。 $I.'7
&h;
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? lr1i DwZV
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: [W2k#-%G
UwLa9Dn^
template < class Action > ;3w W)gL1
class picker : public Action yk=H@`~!
{ /q=<OEC
public : ^71sIf;+
picker( const Action & act) : Action(act) {} qU"+0t4
// all the operator overloaded d-Sm<XHu.
} ; j8lbn |.
js{ RaR=
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。 ]!/1qF
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: (qaY,>je]D
I*X|pRD
template < typename Right > +2vcUy
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const H*Yyo?
{ <