一. 什么是Lambda n4/Jx*
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 _hi8mo
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, `D0Hu!;
*w6(nG'M{
_[S<Cb*1
AI2@VvB
class filler Kl w9
{ P
yN{
public : zE]h]$oi
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} =Y-mc#{8
} ; b!z kQ?h
>e QFY^d5
HI{IC!6
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: nmUMg
o7v,:e:
B-[qS;PY%
P30|TU+B
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Vnnl~|Xx
O
718s\#
^MUvd
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 =X=m_\=~@
e%JH q
}Bn`0;]
GqD_6cdh
二. 战前分析 >+2gAO!
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。 6_O3/
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 *."50o=T
!Q5NV4gd+
n^%",*8gD*
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); _:VIlg
U
/* --------------------------------------------- */ Vi<F@ji
vector < int *> vp( 10 ); YF<U'EVU-
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ~3qt<"
/* --------------------------------------------- */ sjwD x0(7=
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ZGQz@H5
/* --------------------------------------------- */ L] !M1\
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); vXeI)vFK
/* --------------------------------------------- */ @JpkG%eK
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); \Culf'iX
/* --------------------------------------------- */ aYcc2N%C
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); &``nYI g/
T#-U\C~o
E<L6/rG
3}2a3)
看了之后,我们可以思考一些问题: `8G {-_
1._1, _2是什么? 9Vtn62+
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。 6Wc'5t3
2._1 = 1是在做什么? Ys@G0}\3G
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。 K1m'20U
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。 _BBs{47{E
31~Rs?~f(
&E`=pe/e
三. 动工 287)\FU;3
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 4pZ=CB+j
l]z=0
nsy eid*
>2dF^cDE-3
template < typename T > ==Bxv:6
class assignment m-XS_5x\
{ Vv3:x1S
T value; =;y(b~
public : eWTbHF
assignment( const T & v) : value(v) {} X"O^4MnvI
template < typename T2 > fkJE lO-F
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } TtP2>eh-
} ; 5FwVR3,
)1o<}7
>IE`, fe
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 do=s=&T
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment {Q
AV
^6FU]
!MQVtn^C#
F]6$4o[
class holder #qg(DgH
7
{ b]@@x;v$@
public : pX]"^f1?O
template < typename T > >0.a#-u^
assignment < T > operator = ( const T & t) const ?$ 0t @E
{ CC.ri3+.
return assignment < T > (t); j2Uu8.8d
} ;'4HR+E"
} ; >^zbDU1wT
d^ZrI\AJ
w}r~Wk^dLI
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: K#4Toc#=V
IhPX/P
static holder _1; 0:qR,NW^#
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 xoyH5ZK@
Wd]MwDcO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); *1CZRfWI
而不用手动写一个函数对象。 vDcYz,
JFh_3r'
zb& 3{,
|7%#z~rT
四. 问题分析 {q|Om?@
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。 J:oAzBFpA
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。 EN{o3@ O'
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 lq}g*ih
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 M*7:-Tb]C
下面我们可以对这几个问题进行分析。 tLo_lLn*~%
q-TDg0
五. 问题1:一致性 \cW9"e'
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?| )|j?aVqZ
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 %3mh'Z -[f
iuS*Vw
struct holder )T!3du:M
{ klSA Y
// SRek:S,
template < typename T > t$-!1jq
T & operator ()( const T & r) const ,8Q&X~$rY
{ OGAC[s~V
return (T & )r; g0>Q* x
} 98LyzF9
} ; H?tX^HO:q
l{4rKqtX
这样的话assignment也必须相应改动: H/N4tWk"
5:|=/X%#qp
template < typename Left, typename Right > RGy+W-
class assignment JpC_au7CX
{ -mY,nMDb
Left l; EiCEB;*z|d
Right r; L{Kl!
public : x f<wM]&
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} T1W H
template < typename T2 > i16kPU
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } YK%rTbB(
} ; ,#Mt10e{
`e^sQ>rDI
同时,holder的operator=也需要改动: WWG+0jQ9
9N V.<&~
template < typename T > MeW?z|x`'
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const =gQ^,x0R9
{ olca
Z
return assignment < holder, T > ( * this , t); LGT?/gup
} 'ocPG.PaU
= ow=3Ku
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。 vXT>Dc2\!
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Z,7VOf6g
12HE=
return l(rhs) = r; 4rrR;V"}
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。 ]..7t|^b&
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 'mO>hD`V
J+r:7NvZ
template < typename Tp > %3@-.=
class constant_t tZan1C%p>
{ #dDM
"s
const Tp t; lGpci
public : jH?!\F2)+
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} E D^0t
template < typename T > aDda&RM
const Tp & operator ()( const T & r) const uS7kkzt-x
{ \h5!u1{L
return t; Sjo7NR^#e
} 5&TH\2u
} ; 'b:e8m
LsO}a;t5
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 AA<QI' 6
下面就可以修改holder的operator=了 JasA
w7
]-cSTtO
template < typename T > DIF-%X5
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const !!d?o
{ tR(nD UHV5
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ~Xz?H=}U+
} p((a(Q/
-_ <z_IL\%
同时也要修改assignment的operator() qylI/,y{
OxqkpK&
template < typename T2 > SVBo0wvz-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } UX%J?;g
现在代码看起来就很一致了。 >)+N$EN
_BZ6Ws$C2
六. 问题2:链式操作 xQkvK=~$
现在让我们来看看如何处理链式操作。 |H.ARLS
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。 bXk(wXX
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。 Dvm[W),(k
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。 |dhKeg_
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct :f~qt%%/
}/2M?W0
template < typename T > (9Q@I8}Iy
struct result_1 *" +u^
{ ZQ{-6VCjl
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; {A'_5 X9
} ; Z}S7%m
H{hzw&dZ<P
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: YO9;NA{sH
S? #6{rx
template < typename T > v1z
d[jqk
struct ref %rJ'DPs
{ LB`{35b-
typedef T & reference; oL@K{dk
} ; `T{'ufI4B
template < typename T > hlmeT9v{
struct ref < T &> G`RQl@W>)(
{ ><I{R|bC
typedef T & reference; lBGYZ--
} ; wKKQAM6P1
P1ak>T*#2
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: B>g(i=E
wSi$.C2
template < typename T > |Wr$5r
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const qP]1}-
{ FG^lh
return l(t) = r(t); \/ipYc
} /xj`'8
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。 Xyr'rm5+b
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 (AZAQ xt
et?FX K"y
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 wf`A&P5tF
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: .wB'"z8L
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 gloJ;dEB
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 8N \<o7t%
最后的布局是: i` Q&5KL
Add ;8a9S0eS
/ \ ~LQzt@G4
Divide 5 +lxjuEiae
/ \ >wb Uxl%{5
_1 3 b0Dco0U(
似乎一切都解决了?不。 ERia5HnoD,
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。 Zz"8
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。 EjMVlZC>
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: m`}mbm^
5Dzf[V^]`
template < typename Right > -Nn<pq
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const t&