一. 什么是Lambda #el i_Cxe
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 qL03iV#h*V
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,
oq>8
X~Yj#@
'Wn2+pd
>,v,4,c
class filler -X6[qLq
{ dt efDsK
public : > $#v\8
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} @%5$x]^
} ; NzP5s&,C69
t*&O*T+fgy
>**7ck
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: h xCt[G@
H#LlxD)q
\2K_"5
lR9~LNK?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); abVz/R/o
gUcG#
i8tH0w/(M
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 $g?`yE(K
Xyrf$R'
^,$>z*WQ.
7|"gMw/
二. 战前分析 'WA]DlO
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。 *c[X{
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 A;4O,p@
~?m vV`30&
2[Ja|W\If
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); km]RrjRp
/* --------------------------------------------- */ \*C}[D
vector < int *> vp( 10 ); $
+`
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); sKkk+-J4
/* --------------------------------------------- */ &4%j
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); W+'|zhn
/* --------------------------------------------- */ #Zm%U_$<
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); \*5_gPj!d
/* --------------------------------------------- */ 22|a~"Z
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); .!\NM&E
/* --------------------------------------------- */ (oYM}#Q
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); V=@M!;'<
:d7tzYT ^
]Y%?kQ^
6n
2LG
看了之后,我们可以思考一些问题: ~[por
1._1, _2是什么? er0hf2N]
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 >|Hd*pg))
2._1 = 1是在做什么? Gj.u/l
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 M=57 d7
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ZkyH<Aa
}538vFNi
4mG?$kCN
三. 动工 gZFtV
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: H^N@fG<*dh
Z.Sq5\d
IXmtjRv5
H'L~8>
template < typename T > %D(%
lh2
class assignment LV:`siK
{ xJvM
l`2;
T value; QT5,_+ho
public : v$O%U[e<
assignment( const T & v) : value(v) {} \`|*i$
template < typename T2 > ]yxRaW9f
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } a-t}L{~
} ; fR=B/`
mgB7l0)b
TZT1nj"n
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 @bN`+DC!<
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment H$
!78/f
fNVNx~E
O6LuFT.
D3^Yc:[_@
class holder f?iQ0wv)
{ X0=#e54
public : fE\;C bi
template < typename T > 2Mc}>UI?eO
assignment < T > operator = ( const T & t) const ::\7s
{ m17H#!`
return assignment < T > (t); {%S>!RA
} piRP2Lbm*
} ; #1:&uC1vj
CvwC| AW
d$uh.?F5
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: dv+)U9at
n$* 'J9W~
static holder _1; >f [Lb|t
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 1!@KRV
Zd/ACZ[
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); cG|ihG5)
而不用手动写一个函数对象。 8+Y+\XZG
.[v4'ww^
`7|\Gqy
'V reO52
四. 问题分析 \BT 8-}
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。 ZiBTe,;
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。 K<HF!YU#I2
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 \X5>HPB
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 7b,5*]oZ
下面我们可以对这几个问题进行分析。 NR8YVO)5$
v2>.+Eh#
五. 问题1:一致性 pPUv8, %
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?| SBBDlr^P
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 87P.K Yy
e}u#:ysj
struct holder OPp>z0p%6X
{ zV(F9}^
// :%M[|Fj
template < typename T > O.n pi: a
T & operator ()( const T & r) const F2/-Wk@
{ QGtKu:c.81
return (T & )r;
'CqWF"
} \vBpH'hR,'
} ; #tyHj k
#x"dWi(
这样的话assignment也必须相应改动: #]ZOi`;
=='~g~
template < typename Left, typename Right > VU1;ZJE
class assignment 6vVx>hFJ47
{ wl1JKiodg
Left l; bgW=.s
Right r; K)|#FRPM u
public : 6{rH|Z
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} fqaysy
template < typename T2 > 5>J{JW|
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } A^PCI*SN[
} ; 6~Y-bn"%D5
sK~d{)+T
同时,holder的operator=也需要改动: hjB G`S#
4}:a"1P"
template < typename T > o#X|4bES
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const >gAq/'.Q
{ KmoPFlw
return assignment < holder, T > ( * this , t); @\,WJmW
} V j\1HQ
.6Swc?
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。 >b>3M'
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ='1J&w~7
|];s[^$#
return l(rhs) = r; -1ke3
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 y6|&bJ @
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: T<*i($
[
=(kwMJ
template < typename Tp > (>*<<a22
class constant_t JO:40V?op
{ zmf`}j[
const Tp t; 5}3Q}o#
public : uJ<sa;
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ;H5H7ezV
template < typename T > 3%Jg' Tr+
const Tp & operator ()( const T & r) const J]8nbl
{ sy+o{] N
return t; r40#-A$
} jHPJk8@y
} ; #/'5N|?
sidSY8j
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ar.w'z
下面就可以修改holder的operator=了 K'[H`x^
Fx']kn9
template < typename T > ^E&':6(
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const &(h~{
{ "R-1G/
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); PJu)%al
} yZ t}Jnv
"|{O%X
同时也要修改assignment的operator() K8y/U(@|D
t.m65
template < typename T2 > hETTD%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } * iW>i^
现在代码看起来就很一致了。 zR2'xE*
AY['!&T
六. 问题2:链式操作 "(/
1]EH`
现在让我们来看看如何处理链式操作。 noiUi>G;:
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。 6 flc
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。 \HFeEEKH
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。 g+gHIb7{
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Uv,_VS(
D'e'xU
template < typename T > CLI!( 8ZW
struct result_1 vS%r_gf(
{ :_YpSw<Q
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; *h Ph01
} ; &)
7umdSgi
mc_`:I=
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: wXf_2qB9
:(EU\yCzK
template < typename T > x0wy3+GZc
struct ref |V{'W-`
|[
{ p{7"a
typedef T & reference; \;x+KD
} ; tE/s|v#O
template < typename T >
TCJH^gDt
struct ref < T &> ckRWVw
{ gc@,lNmi
typedef T & reference; jj8AV lN
} ; c #+JG
=BpX;n<
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: H aI
/C29^ P
template < typename T > IbAGnl {
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const [i24$UT
{ 5DKR1z:
return l(t) = r(t); 'M2Jw8i
} g9OO#C>
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。 \3w=')({
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 dE2(PQb*P
X"<t3l(+
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 dV#h~
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 0%.l|~CE&
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ZK4/o
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 jvn:W{'Q
最后的布局是: .Rxz;-VA
Add FCU~*c8Cs
/ \ D^P_3
B+
Divide 5 w~sr2;rp<
/ \ <