一. 什么是Lambda p)ZlQ.d#Y
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ^F?H)[0
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, jn\\,n"6
JXj`
VhSKtD1
xSb/98;
class filler ~s^&*KaA
{ 1,PFz
public : mC~W/KReA
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} c%~'[W04\
} ; {yyg=AMz
svpWABO
! #
tRl
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: ECkfFE`
q\#3G
@7lZ{jV$
54F([w
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 8zj09T[
B_5q}Bp<
Wr)%C
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 >mF`XbS
Wc3!aLNx
|[34<tIN
C,PCU <q
二. 战前分析 j{_MDE7N
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。 M/V
>25`
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 +G/~v`Bv
e^'?:j
M`?/QU~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); LR)is
/* --------------------------------------------- */ ip5s'S~
vector < int *> vp( 10 ); 6\o.wq
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 66L*6O4
/* --------------------------------------------- */ SgXXitg9+
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); r.ajw&J2
/* --------------------------------------------- */ p'w[5'
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); [F/x U
/* --------------------------------------------- */ xC;$/u%'
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); n;rOH[P
/* --------------------------------------------- */ F$ h/k^
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Kg](kP
95]%j\
X<9DE!/)
Jy|Mfl%d
看了之后,我们可以思考一些问题: .j&jf^a5
1._1, _2是什么? 2:DpnLU5
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。 g"Ii'JZ?
2._1 = 1是在做什么? wFqz.HoB
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。 =D[h0U
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。 b1*6)
oub4/0tN,~
jilO% "
三. 动工 Y6N+,FAk+J
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 3F.O0Vz
[2\`Wh:%P
VGvOwd)E
|x5w;=
template < typename T > ]`4QJ;#
class assignment
Osy5|Ts
{ *<0g/AL
T value; |d`?wm-
public : 2! 6Kzq
assignment( const T & v) : value(v) {} y mE`V
template < typename T2 > VR:b1XWX
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } shn-Es*
} ; +?@qux!
v<c Hx/
dJ&s/Z/>E
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 >y8Z{ALQ5
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment `GDYL7pM(
PRah?|*0s
?=4t~\g?
;q^YDZ'
class holder kXj pCtCu
{ sIy$}_
public : AMm O+E?
template < typename T > vCmh3TQ
assignment < T > operator = ( const T & t) const mE7Jv)@
{ x)U;
return assignment < T > (t); (CV=0{]
} ~Igo
8ykl
} ; RI*%\~6t?
rFK
*
AN1bfF:C
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: z`2d(KE?
``z="oD
static holder _1; 0,3 ':Df
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 $?GO|.59
7> ]C2!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); HZ}'W<N
而不用手动写一个函数对象。 (Z5#;rgem
X'F$K!o*,:
Uh8ieb
uJ y@
四. 问题分析 $Yxy(7d7w
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 52 A=c1kb
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 [}Iq-sz;0
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 bbM
!<&F
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 mT9\%5d3
下面我们可以对这几个问题进行分析。 68>zO%
?d0Dfqh_
五. 问题1:一致性 ;Dgp
!*v=
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| lyeoSd1AN
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 {p\KB!Y-
24Tw1'mW
struct holder 18HHEW{
{ u'b_zlW@
// ;(,Fe/wvC
template < typename T > aRwBxf
T & operator ()( const T & r) const
'ng/A4
{ vJ'
93h
return (T & )r; LYFvzw>M
} -XyuA:pxx
} ; \*
#4
.KSGma6]
这样的话assignment也必须相应改动: ?!66yn
`qgJE_GC
template < typename Left, typename Right > O gnpzN
class assignment zVa+5\Q
{ {XC rjO|
Left l; ?yb{DZ46
Right r; 5`DH\VD.j
public : zK92:+^C
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} BkeP?X
template < typename T2 > m>!#}EJ|
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } el%Qxak`"
} ; sJlKN
HXQrtJ
同时,holder的operator=也需要改动: lTP02|eK
u5_fM*Ka
template < typename T > 5b'S~Qj#r$
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const qsRh ihPX
{ &$Lm95
return assignment < holder, T > ( * this , t); iT"Itz-^#
} *)1z-rH`
IA4(^-9
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 *2MTx
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 w1b
<>A?87
n58jB:XR(
return l(rhs) = r; SAJ=)h~
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Jx<
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: -tdG}Gu
wp*1HnWj8Y
template < typename Tp > tK
H!xit
class constant_t -*2X YTe
{ BxU1Q&
const Tp t; (I.`bR
public : >>Di
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} -EaZ<d[|0
template < typename T > Hv\*F51p=
const Tp & operator ()( const T & r) const Y ckbc6F
{ <k6xScy$}
return t; WU\bJ}
} Se`N5hQ
} ; ($W 5fbu
gEsR-A!m
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 /f<(K-o]
下面就可以修改holder的operator=了 i#=X#_
+El
zY+Et.lg]^
template < typename T > 3(&F.&C$$
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const EYG E#C;
d
{ M(uB
;Te
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 9 a%@j
]
} nW_
v!xrUyN~m
同时也要修改assignment的operator() |Ze}bM=N
&:*+p-!2<
template < typename T2 > %#a%Luq
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Hrnql
现在代码看起来就很一致了。 _'U?!
E;H(jVZ
六. 问题2:链式操作 dCTpO
现在让我们来看看如何处理链式操作。 |/;5|
z
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。 fZfiiE~7J
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。 M3 u8NRd5|
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。 %U7f9
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 4/WCs$
x?'%
template < typename T > ;hJ*u
struct result_1 8-ssiiJ}gh
{ Uc0'XPo3I
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ="R6YL
} ; ie5ijkxZ(
yZ$;O0f&&
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: ?/MXcI(
-%l,Zd9
template < typename T > Yj\yO(o/
struct ref qL.Y_,[[
{ U(4_X[qD
typedef T & reference; E(_I3mftm
} ; nk
9 K\I
template < typename T > zEfD{I
struct ref < T &> m0\}Cc
{ F@bCm+z-
typedef T & reference; K<JP9t6Qd
} ; b'5pQ2Mq
{VG[m@
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: #%"TU,[+
5q`)jd !*)
template < typename T > *+4iBpyiB
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const N-YZ0/c
{ l:yAgm`
return l(t) = r(t); /,Id_TTCO
} 'a?.X _t
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。 $ow`)?sh
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 F)kLlsp
<9tG_
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 vXQmEIm
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: <#
r.}T.l
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 7h/Q;P5
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 0]W]#X4A
最后的布局是: g
'a?
Add kQl cT"R
/ \ =w$"wzc
Divide 5 %E7.$Gj%
/ \ z2V8NUn
_1 3 rOr1H!
似乎一切都解决了?不。 [W=S8>
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 6_K#,_oZ
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 aEdJ ri
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: >/kG5]zxY
%]$p ^m
template < typename Right > @SG"t,5s
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const +u:OAsR
Right & rt) const "gajBY
{ 8A u<\~p
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ND1%s &
} g4SYG)'R+
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Yf)|ws?!
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。 k:)u7A+
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。 LEnP"o9ZW
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。 7h&`BS
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。 *Q120R
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? ,bp pM
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: <O)X89dFM
fA0=Y,pzv
template < class Action > JgKZ;GM:W
class picker : public Action NV(4wlh)y
{ eEGcio}_I9
public : JK]tcP
picker( const Action & act) : Action(act) {} IBNQmVRrI
// all the operator overloaded TIWLp
} ; %<#3_}"T|
k+r9h'd
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。 cPaWJ+c
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: lrX0c$)
't?7.#,6O
template < typename Right > ~G:2iSi(#
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const v[DbhIXU
{ *[~o~e/YCb
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); qq7X",s
} \ j X N*A
|-Esc|J(
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > LI;Efy L
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。
~
9~\f
xP6?e s`
template < typename T > struct picker_maker JrWBcp:Y
{ jo3}]KC !
typedef picker < constant_t < T > > result; pH l2!{z
} ; I&fh
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > po2[uJ
{ /j69NEl
typedef picker < T > result; l(w vQO
} ; 4zfRD`;
aGk%I
下面总的结构就有了: U;Ll.BFP
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 grxl{uIC8
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 P:,
x?T?J^
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 e=jT]i *cU
至此链式操作完美实现。 eQaxZMU
LSu^#B
>"<k8wn
七. 问题3 46P6Bwobh
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 69j~?w)^
&<|-> *v
template < typename T1, typename T2 > FJ(B]n[>
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const oYh<k
{ [+MX$y
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Xz.Y-5)
} "3i80R\w`F
_X2EBpZp
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: fxoi<!|iGY
Ag4Ga?&8ec
template < typename T1, typename T2 > -6~y$c&c
struct result_2 1.95 ^8
{ jy(+
0F
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Cq*}b4^;
} ; 7}cDGdr
D@\;@(
|
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? H9san5{
这个差事就留给了holder自己。 |!?WQ[
s\C8t0C
it\DZGsg
template < int Order > D_n}p8blT
class holder; ZAX0n!db3
template <> w0j/\XN2s
class holder < 1 > yB4H3Q )
{ *fH_lG%
public : pba8=Z
template < typename T > ,s><kHJ
struct result_1 Vl 19Md
{ 95^i/6Gl!P
typedef T & result; Gkv~e?Kc~^
} ; VwOG?5W/
template < typename T1, typename T2 > puS&S
*
struct result_2 m
UWkb
{ =0PRAc
typedef T1 & result; w &|R5Q
} ; bKuj
po6
template < typename T > I!@s6tG
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const "\/^/vn?
{ _))I.c=v
return (T & )r; QOV}5 0
} jkF+g$B
template < typename T1, typename T2 > 5Z9 ~
&U
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const Z<ajET`)
{ <wt$Gglk
return (T1 & )r1; 'cAc{\)
} .;HIEj zq
} ; J}(6>iuQY?
gmRT1T
template <> .5Knb c
class holder < 2 > )XP#W|;
{ -.{oqs$
public : 4N~+G `
template < typename T > ,'C30 A*p
struct result_1 { eEC:[
{ -*|:v67C&
typedef T & result; (rr}Pv%yb
} ; [Y$5zeA
template < typename T1, typename T2 > -Aa]aDAz68
struct result_2 zUs~V`0
{ `k(u:yGK
typedef T2 & result; }qiF^D}
} ; \9] I#Ih}M
template < typename T > X%GD0h]X#
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const s!#HZK
{ zb5N,!%r
return (T & )r; Xb]=:x(
} I( ]BMMj
template < typename T1, typename T2 > T~%H%O(F
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const IX<r5!
{ ~^I\crx,U%
return (T2 & )r2; jow7t\wk
} OGJ=VQA
} ; Y5ogi)
2yln7[a
E
&7@#'l
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 xMDrE?
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: *O@sh
首先 assignment::operator(int, int)被调用: 4E=0qbt8
\Z)#lF|^
return l(i, j) = r(i, j); 4!l
sk:R
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) ?fK^&6pI
FXx.$W
return ( int & )i; hCzjC|EO~
return ( int & )j; #(%t*"IY;
最后执行i = j; )n7|?@5U
可见,参数被正确的选择了。 |l|_dn
9W*.lf
fokwW}>B[f
fyI_
D@8jGcz62
八. 中期总结 Yd'H+r5b
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: 0Injyc*bMF
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 aje^Z=]
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 -uWKY6
:5
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor T8n-u b<
24|
HWqLcQ d:P
[tUv*jw %
AG]WO8f)
e:N7BZl'c9
九. 简化 g b -Bxf
很明显,要支持一个操作符所要做的工作太多了,而且在每个functor中申明result_1至result_n,可见如果n发生变化,维护的开销极大。 ngP7'1I
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 6W5d7`A
首先,我们注意到result_x的形式很统一。对于各种操作符,其返回值无非下列几种: Lf
>YdD
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 4s9c#nVlu
+-*/&|^等 YgCc|W3{
2. 返回引用。 $v]T8|h
=,各种复合赋值等 ajW[eyX
3. 返回固定类型。 nV'3sUvR#
各种逻辑/比较操作符(返回bool) [#p&D~Du&
4. 原样返回。 >DL/..
operator,
jm[}M
5. 返回解引用的类型。 wL;]1&Qq
operator*(单目) Fse['O~
6. 返回地址。 a`#S|'oatC
operator&(单目) U\Ct/U&A?
7. 下表访问返回类型。 Hk,lX r
operator[]
n
]w7Zj
8. 如果左操作数是一个stream,返回引用,否则返回值 )S^z+3p
operator<<和operator>> Q6=MS>JW]w
Y2<dM/b/
OK,这样我们将返回值类型总结为以上8种,就可以将各种result_x从functor中剥离出来了。 a\=-D:
例如针对第一条,我们实现一个policy类: b\?3--q
qgtn5]A
template < typename Left > A8J8u,u9
struct value_return $,TGP+vH
{ pA<eTlH
template < typename T > t\8&*(&3F
struct result_1 C1d
04Q
{ 'Q5&5UrBr
typedef typename const_value < typename Left::template result_1 < T > ::result_type > ::value_type result_type; c4\C[$
} ; <yZP|_
<"?*zx&