一. 什么是Lambda !#0)`4O
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 7By7F:[ b
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, PxKBcx4o`
aT0~C.vT
OUulG16kK
x1gS^9MqCB
class filler !gXxM,R
{ \+o\wTW
public : fK/:
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} tc~gn!"
} ; RC_Pj)
d.&_j`\F
T<]{:\*n
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: lNe4e6
|
Y:`>2ev
UQ0!tFx
!Rv ;~f/2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 5IU!BQU
//@6w;P
";/]rwHa)
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 }c,b]!:
ZKi&f,:
'w:ugb9]
l,@>J9}Se
二. 战前分析 uaIAVBRcS
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。 0,hs%x>v
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 Z %pc"
NO5k1/-
W2{w<<\$3}
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); `EKf1U\FI
/* --------------------------------------------- */ Iy)1(upM
vector < int *> vp( 10 ); ,M.C]6YMr
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); MHwfJ{"zo
/* --------------------------------------------- */ 2s}S9
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); KM &P5}
/* --------------------------------------------- */ 8^_:9&) i
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); -ssb|r
/* --------------------------------------------- */ 'o&d!
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 6J;!p/C8E
/* --------------------------------------------- */ k+_>`Gre}
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); wUvE
jIKg* @
H;`F}qQ3
VxY]0&sq
看了之后,我们可以思考一些问题: 3,p!Fun:r
1._1, _2是什么? S9dxrm?
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。 rmg\Pa8W>
2._1 = 1是在做什么? A"*=K;u/|m
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。 >Tf}aI+
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。 G2`YZ\
Jt$YSp=!!
&g?GF\Y
三. 动工 g1t6XVS$9
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: QFnuu-82"
ld(60?z>FH
SS/vw%
I[E 6N2
template < typename T > @!iS`u
class assignment [#KY.n
{ Oti;wf G7o
T value; WB:0}b0Gu
public : xh;gAh5n
assignment( const T & v) : value(v) {} W'6DwV|
template < typename T2 > jI,[(Z>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } %;&lVIU0
} ; &S="]*Z
HQ+{9Z8
?5
Mmz;
uy_
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 T#*,ME7|m
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment fTEZ@#p
yl$Ko
e"866vc,
1(;{w+nM
class holder aQoB1qd8
{ Q7x[08TI
public : 1V,@uY)s
template < typename T > fDr$Wcd~
assignment < T > operator = ( const T & t) const 7#JnQ|
]
{ }8^qb5+!3
return assignment < T > (t); ]j0+4w
} |-JG _i
} ; eX\v;~W*
wXQu%F3
|ts0j/A]Pi
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ]{=y8]7
bB4FjC':
static holder _1; @.sn
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 6zM:p/
3nBZ+n4z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); p7\LLJ y
而不用手动写一个函数对象。 U_VP\ 03
F,vkk{Z>
{)Wf[2zJ
QYH#WrIVx
四. 问题分析 Ht.P670
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 huqtk4u
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 A^}#
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ET^?>YsA
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 u""26k51
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Sk
EI51]
Op0*tj2i),
五. 问题1:一致性 2:Yvr_L
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| Zwq\m.h
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 W$]qo|2P
[ as,AX
struct holder E$lbm>jsb$
{ '7oR|I
// 9{(q[C5m
template < typename T > }S iR;2W
T & operator ()( const T & r) const 1{/Cr K/o
{ cQ1[x>OcU
return (T & )r; TQb/lY9*
} <5L99<E
} ; 2lfEJw($
0Fkr3x
这样的话assignment也必须相应改动: 5v oL@w>
Uic
template < typename Left, typename Right > aMu6{u6
class assignment gjsks(x
{ e<+)IW:
Left l; E3a^"V3p
Right r; ok6t|
7sq
public : Gt{%O>P8t
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} {_tq6ja-<
template < typename T2 > 0J?443AY
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } @V>]95RX
} ; Yv=L'0K&
>Ec;6V
e
同时,holder的operator=也需要改动: ?9xWTVa8
Lp%J:ogV`
template < typename T > (6/aHSXI
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const C_3,|Zq?|
{ ,#N}Ni:
return assignment < holder, T > ( * this , t); ~NE`Ad.G
} 6
JI8l`S
;a|%W4 "
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。 0++RxYFCL
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ?h1g$SBxk
w3i74C&0
return l(rhs) = r; h>>~B i
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 - 5v{p
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: @u$NB3
R{[v#sF >#
template < typename Tp > pj7al;
class constant_t +PBl3
{ p+ReQ.5|
const Tp t; HJb^l 4Q
public : !d 4DTo
constant_t( const Tp & t) : t(t) {}
cY+fZ=
template < typename T > x _kT
Wq
const Tp & operator ()( const T & r) const Z;NaIJiL-
{ 7*K2zu3
return t; 43g1/,klm
} 9b6U]z,
} ; mph9/ %]S
^fN/
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ?*UWg[
下面就可以修改holder的operator=了 Uo9@Y{<B
@ o<OI
template < typename T > [g`4$_9S
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const <8~c7kT'
{ _9"ZMUZ{
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); L{1[:a)']B
} `
>>]$ZJ
6i+AJCkC
同时也要修改assignment的operator() Vxo?%Dj
^[R/W VNk
template < typename T2 > Rt,po
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 'b" 7Lzp2
现在代码看起来就很一致了。 w('}QB`xad
V:t{mu5j
六. 问题2:链式操作 8LF=l1=~
现在让我们来看看如何处理链式操作。 7Ou]!AOhG
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。 [OPF3W3z
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。 -1hCi!
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。 \'zloBU
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Jj0:p"
GB Vqc!d
template < typename T > 3QXsr<
struct result_1 a;a1>1
{ }s"].Xm^2
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ?ecR9X k
} ; ~("bpS#ZgD
b%x=7SMXO
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: XL44pE
m
2zbn8tO
template < typename T > J!|R1
struct ref L)<~0GcP
{ M%$ITE
typedef T & reference; <Vt"%C
} ; Myn51pczl
template < typename T > Jw;G_dQ[
struct ref < T &> eC<?g
{ Mcz;`h|EW
typedef T & reference; cb|hIn\>7
} ; ,jW a&7
I\-M`^@
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: DTsD<o
?b}e0C-a
template < typename T > 3&"uf9d
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 9:3`LY3wW
{ v=dK2FaY
return l(t) = r(t); gw">xt5
} M17+F?27M
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 mBB"e"o
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 t+pA9^$[`
`WMU'ezF
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 NU'2QSU8
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: \R-'<kN.*
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 oO7)7$|1
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ang~_Ec.
最后的布局是: NYKYj`K
Add YUTh*`1k<
/ \ pVzr]WFx
Divide 5 }G^'y8U
/ \ m$hkmD|
_1 3 '~7zeZ'
似乎一切都解决了?不。 ?I+$KjE+
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 6Hy_7\$(-
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 L?M
x"
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: e]dFNunFq0
b?!S$S xz
template < typename Right > +Y;hVcE9
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const <gFisc/#r
Right & rt) const &Cm]*$?
{ "&`>+Yw
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); u(hJyo}
} 1`s^r+11:
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 GjN6Af~}
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 92C; a5s
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 7hLh}
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 g HxR w
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 E{^W-
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? k}qCkm27
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: sk:B;.z
4hfq7kq7(
template < class Action > O~?d;.b
class picker : public Action z TPNQ0=|
{ P0sAq7"
public : .r-Zz3
picker( const Action & act) : Action(act) {} " j_cI-@6
// all the operator overloaded Zz QLbCV
} ; ZCBF&.!
!&.-{ _$
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。 i6P$>8jBQ-
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: e^x%d[sU
Q Wc^}#!!
template < typename Right > QUZ+#*:s
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const \hEIQjfi
{ z
yp3+|
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); iweT@P`
} XWNo)#_3
Akws I@@
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > k!bJ&} Q(b
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 -eD]gm
}J-e:FUF#
template < typename T > struct picker_maker SXE@\Afj
{ 8X278^
#
typedef picker < constant_t < T > > result; q
\fyp\z
} ; =[Z3]#h
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > \L}7.fkb8
{ l,3,$
typedef picker < T > result; darbL_1
} ; 5}! 36SO\
5'V-Ly)*%
下面总的结构就有了: \MdieO*
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。 <Ter\o5%
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。 <9:~u]ixt
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 `ueOb
至此链式操作完美实现。 ;R<V-gab
,!PV0(F(
B&1E&Cv_8
七. 问题3 f87XE";:A
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。 bR:hu}YS
gNDMJ^`
template < typename T1, typename T2 > t.
(6tL]
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const p-w:l*-`
{ yOAC<<Tzus
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); jT F"
} nZ#u#V
tGbx/$Y
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: voTP,R[}85
VeY&pPQ