一. 什么是Lambda a'L7y%
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 !Dhfr{
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, rkER`
jw6 ng>9
j2C^1:s@m
^{:[^$f:l
class filler s^x ,S
{ ~>wq;T:=
public : '! 2
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Qr xO
erp
} ; yp7,^l
.x9nWa
|7 W6I$Xl
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: >O[^\H!\
>goAf`sqo
V0wC@?
.(.G`aKnF
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); O,z%7><
1tK6lrhj
d#$i/&gE
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 vzT6G/
c_j)8
9/^Bj
[Nzg
8FP
二. 战前分析 H#d! `
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 w2mlqy2L
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 S@rsQ@PA
FPM}:c4
Wg3WE1V
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); !&:.Uh
/* --------------------------------------------- */ A 'P}mrY
vector < int *> vp( 10 ); j^R~ Lt4
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); W(3~F2
/* --------------------------------------------- */ )SO1P6
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); V3Rnr8
/* --------------------------------------------- */ ]q\=
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); X/C54%T ~
/* --------------------------------------------- */ 1pBsr(
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); P^W$qy|
/* --------------------------------------------- */ x[h<3V"
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); E*#60z7F
SGT-B.
"}Sid+)<
f0s<Y
看了之后,我们可以思考一些问题: OA5md9P;d
1._1, _2是什么? 97@?QI}
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。 QSQ\@h;E
2._1 = 1是在做什么? JT+lWhy
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。 w6%CBE2
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。 FWx*&y~$
bTYP{x~ y
0GLB3I >
三. 动工 b`%e{99\
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Xf/<.5A
7|?@\ZE
[,V92-s;N
6P[O8
template < typename T > Q\th8/ /
class assignment 'm.XmVZL%
{ 2SCf]&
T value; {?M*ZRO'
public : Jd_1>p
assignment( const T & v) : value(v) {} +,w|&y
template < typename T2 > Hr.JZ>~<
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } eEb1R}@
} ; .A f)y_
YSUH*i/%
pzp"NKxi
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Zvw3C%In
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 9MlfZsby
\7?MUa.4
AZ@Zo'
YedipYG9;
class holder q|_ 5@Ly
{ WX$^[^=HC
public : [==Z1Q;=
template < typename T > u+T, n
assignment < T > operator = ( const T & t) const
SCC/
<o
{ $ }bC$?^
return assignment < T > (t); _|#|mb4Fe
} YuW\GSV00
} ; g?Ty5~:lq
YQd&rkr
bI0+J)
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ~Am
%%$
,>EY9j
static holder _1; Ljs(<Gm)-
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 &(1NOyX&
Cjb p-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); !ef)Ra-W
而不用手动写一个函数对象。 V0&QEul
X-^Oz@.>
ZQ8Aak
Y2$`o4*3
四. 问题分析 5rSth.&
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ~./u0E
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 \O4=mJ
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 s,q!(\{Pv
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 R^C;D2
下面我们可以对这几个问题进行分析。 K#yH\fn8
R')GQ.yYq
五. 问题1:一致性 T$B4DQ
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?| ~x\Q\Cxp
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 mq}
#{
<p8y'KAlc
struct holder \0& (q%c
{ ?Qp_4<(5
// im\Ws./
template < typename T > jpS#'h
T & operator ()( const T & r) const VrP%4P+
{ #>oO[uaY
return (T & )r; Hs!CJ(0"y
} <]`2H}*U'
} ; <GR: 5pJ%
r+yLK(<zp
这样的话assignment也必须相应改动: :Bc;.%
! (tJZ5
template < typename Left, typename Right > +\m!#CSA
class assignment :G)x+0u
{ 4s2ex{$+MA
Left l; P Qay
sdb
Right r; 5~5ypQj
public : I[Y?f8gJ
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ? +!?$h
template < typename T2 > 2}#PDhn
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } X28WQdP,7
} ; sbIhg/:ok
0 pz
X!f1~
同时,holder的operator=也需要改动: /!3:K<6@
L4-Pq\2
template < typename T > Y'R1\Go-
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ,~w)@.
{ 06O
return assignment < holder, T > ( * this , t); t`{Fnf
} hidweg*7
GDntGTE~sk
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。 Fje%hcV
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 |e(x< [s5
4h(Hy&1C
return l(rhs) = r; hQeZI+
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。 ?uv%E*TU
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 2%H(a)
#$QY[rf=6
template < typename Tp > ttRH[[E(
class constant_t 14zzWzKx
{ ShxX[k
const Tp t; 5eJd$}Lbc
public : EeJ]>
1
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} lvffQ_t
template < typename T > B&D
z(Bs
const Tp & operator ()( const T & r) const jz0\F,s
{ &Gl&m@-j
return t; &*SnDuc
} !ZdUW]
} ; p:))ne:7
zvj\n9H
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 HB:i0m2fJW
下面就可以修改holder的operator=了 $T0[
sP7 (1)\
template < typename T > nrS_t
y
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const G}*B`m
{ :4d7%q
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 9x\G(w
} @TDcj~oR?
FT=>haN
同时也要修改assignment的operator() [5-5tipvWp
yFqC-t-i
template < typename T2 > &B
C#u.^!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } +f+yh0Dj
现在代码看起来就很一致了。 =%`"
bHM
.&4G
六. 问题2:链式操作 :SGQ4@BV
现在让我们来看看如何处理链式操作。 .S;/v--F
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。
95/C4q
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 m~A/.t%=
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 t=#)3C`Q}
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct I 3PnyNZ
E83nEUs
template < typename T > Cz%ih#^b
struct result_1 bcG-js-
{ D?R z|
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; cCIEG e6
} ; mLO6`]p{H
tK*f8X+q
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ^=j$~*(LmX
I5,Fh>
template < typename T > 3IIlAzne;
struct ref z7o59&
{ V
Euv
typedef T & reference; crQuoOl7
} ; eNX-2S
template < typename T > hv6>3gbr
struct ref < T &> 5ZLH=8L
{
'(}BfD P
typedef T & reference; (ydeZx
} ; 1A`u0Y$g
\kx9V|A'
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: %k_JLddlW
Nnw iH
template < typename T > ;N|6C+y
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const \=JKeL|6[S
{ J$oJ
return l(t) = r(t); ge|}'QKow
} ak zb<aT
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。 ]3G2mY;`"%
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 t@\0$V
\X
p5\b&~
g
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 NbdaP{{
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: p|%)uA3'/
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 JT+P>\\];'
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 /+iaw~={"
最后的布局是: 5ym
=2U
Add UT -=5
/ \ =0Mmxd&o=M
Divide 5 %Vq@WF
/ \ Nf1l{N
_1 3 {sLh=iK
似乎一切都解决了?不。 he,T\};
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 \; ]~K6=
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 wC19
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: 3c)LBM
_z;N|Xe
template < typename Right > P;GUGG*W
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const .Kx5Kh{
Right & rt) const fXN;N&I
{ Xs`/q}R
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); dFlx6H+R!0
} eL.S="
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 &AzA0r&,
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 d 9|u~3
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 PF~&!~S>W
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 4D8q Gti
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 d;z`xy(C
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? 8m iIlB
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: XX =A1#H
|<E%hf
template < class Action > iH2|w
class picker : public Action {pqm&PB04
{ 8r5j~Df
public : C..O_Zn{g
picker( const Action & act) : Action(act) {} yR&E6o.$z
// all the operator overloaded # 8A|-u=3
} ; 6gv.n
(Q@+W|~
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。 2IGAZ%%
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: MkQSq
MU=
Kxg09\5i
template < typename Right > WVVqH_
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const +XsY*$O
{ B,676~I
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Wl1%BN0>
} 2axH8ONMu
W!{uEH{%l
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > &{>~|^
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。 9T\:ID=h
GB0] |z5
template < typename T > struct picker_maker [mhY_Hmz]
{ -C\m'T,1
typedef picker < constant_t < T > > result; Fw|5A"9'a'
} ; iS"rMgq
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > `Tab'7
{ [p(Y|~
typedef picker < T > result; +m"iJW0
} ; ?O.&=im_
?wmr~j
下面总的结构就有了: ]p~XTZgW
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。 '1d-N[
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。 P/27+5(|
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 !=a8^CV
至此链式操作完美实现。 ^ H'|iju
$Uzc
@r#> -p
七. 问题3 Lm8cY
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。 )ZT&V