一. 什么是Lambda JK9 J;c#T
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Uxb>)36I
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, 1%Su~Z"W>
(>M?
iB
("txj[v-/
K bM1b
class filler 56 [+;*
{ RElIWqgY
public : .X;DI<K
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} c#<p44>U
} ; (y!V0iy]
:=e"D;5
{No
Y`j5S
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: G^&P'*
Q1^kU0M }
kH" >(f
:@]%n~x
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); y41,T&ja
NGL,j\(~7
y$`@QRW
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 7x//4G
"[`/J?W
wS @-EcCB
u=f}t=3
二. 战前分析 Y@2v/O,\
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 wHE1Jqpo
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 R@A"U[*
DTo P|P
SK t&BnW
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); *RJiHcII
/* --------------------------------------------- */ v!6IH
vector < int *> vp( 10 ); .~7:o.BE`n
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Bhg,P.7
/* --------------------------------------------- */ HC(7,3
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); G^2%F5@
/* --------------------------------------------- */ \kEC|O)8
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); qt`HP3J&
/* --------------------------------------------- */ =cWg39$(I
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); W_RN@O
/* --------------------------------------------- */ nNpXkI:
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); `L7Cf&W\l8
5KC
Zg'h
&h'NC%"v
Tu&W7aoX5
看了之后,我们可以思考一些问题: ?F/)<r
1._1, _2是什么? >?|c>HGX
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。 bu,xIT ^
2._1 = 1是在做什么? i<-a-Z+^
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。 ^Fg!.X_
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。 `9mc+
5
[X,?
h)h%y)1
三. 动工 (o518fmR
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 1a_;(T
a
Ju v{
}.N~jx0R
fR#W#n#m
template < typename T > Y{g[LG`U
class assignment o(eh.
{ ",P?jgs^g5
T value; GxS!Lk
public : h.4FY<
assignment( const T & v) : value(v) {} 3,)[Q?nKD
template < typename T2 > =?[:Nj636
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } >oL| nwn
} ; oq[r+E-]$@
{Lugdf'
BE)&.}l
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ,jdTe?[*^
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment _@! yj
iiv`ji
hr`,s!0Y
z
LZHVvL3
class holder Mw|lEctN0
{ 6 jU?~
public : OXS.CFZM
template < typename T > cS(=wC
assignment < T > operator = ( const T & t) const 'tJxADK
{ zuI7Px
return assignment < T > (t); : $N43_Wb
} *3rp
g
} ; 58t~? 2E
&Y1RPO41J
#@m6ag.
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ;jh.\a_\
uTNy{RBD+
static holder _1; dpcU`$kt
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 RmJ|g<
't+'rG6x
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ? kCo/sW
而不用手动写一个函数对象。 9F7}1cH7g@
8@r>`c
*0Wkz'=U
MUUhg
四. 问题分析 s:ojlmPb
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。 jJAr #|
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。 |y&vMx~t
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ?MOjtAG0_~
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 2]V8-
下面我们可以对这几个问题进行分析。 p~OX1RBI
\qJ cs'D
五. 问题1:一致性 W?0u_F
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?| D0yH2[j+
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 USH>`3
pIY3ft\
struct holder CJ [e^K{
{ a>S-50
// SDO~g ~NTp
template < typename T > zKGr(9I
T & operator ()( const T & r) const L08"8\
{ @'"7[k!y;
return (T & )r; Tx(=4ALY
} <Ys7`e6eY
} ; \b?O+;5Cj
A/.z. K
这样的话assignment也必须相应改动: XQcE
ZJ2
i8.OM*[f
template < typename Left, typename Right > BG+X8t8\
class assignment `3.bux~
{ a]4|XJ_
Left l; EHm:&w
Right r; mWuhXY^Q
public : E#n:d9WA:
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} !={QL :
template < typename T2 > kp*BAQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } :U-yO 9!j
} ; #J%Fi).^)
[H>/N7v19*
同时,holder的operator=也需要改动: /_r{7Gq.
Rr>""
template < typename T > =A;79@bY
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ;
. hTfxE0
{ sJ|IW0Mr
return assignment < holder, T > ( * this , t); AmcBu"
} PAu/iqCH
Xa[lX8$zL
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 i(kr#XsU
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ~q{QquYV
v9Ez0 :)
return l(rhs) = r; _2WIi/6K
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 62#8c~dL
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: dZ\T@9+j+
rE\.[mFI
template < typename Tp > (rSBzM]H
class constant_t {1W,-%
{ }fz;La:b
const Tp t; V_pKe~
public :
5<?/M<i
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} R= *vPS
template < typename T > S]biN]+7s
const Tp & operator ()( const T & r) const )>a^%V9
{ 2LH.I f
return t; /ee4 v!
} ys|};*
} ; CB?,[#r5f
tNCKL.yU
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 mKBPIQ+ZS
下面就可以修改holder的operator=了 j~Ubpf
on0>_-n)
template < typename T > WG3 .qLH%
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const wGnFDkCNz
{ j es[a
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); )rv<"
} o^~KAB7
XJi^gT N
同时也要修改assignment的operator() 6w^Fee`>]
ZNG{:5u,
template < typename T2 > 1\+d 5Q0
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } uSK<{UT~3
现在代码看起来就很一致了。 o9uir"=
z8hAZ?r1`
六. 问题2:链式操作 {H%1sI
现在让我们来看看如何处理链式操作。 >vY5%%}
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 S4BU !
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 >D/+04w
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 au 5qbP
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct }N<> z
:0RfA%
template < typename T > S?Z"){
struct result_1 q%A.)1<'_
{ L5yv}:.U
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Vtr5<:eEx
} ; ~!{y3thZ
5Mq7l$]h$
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: w(Hio-l=
$'>h7].
template < typename T > H '(Ky
struct ref APBe76'3)
{
@Iy&Qo
typedef T & reference; BTu_$5F
} ; ,a/<t"
template < typename T > Z,jK(7D(
struct ref < T &> 4w5mn6 MxR
{ u$?t |Ll
typedef T & reference; R3=]Av46
} ; Fxr$j\bm
D27MT/=7
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: sAz]8(Fi0
]#VNZ#("
template < typename T > " ~&d=f0m
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const {)d{:&*K.
{ k3wAbGp
return l(t) = r(t); v}AVIdR
} >?Ps5n]b
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 L4L[@tMPmY
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 tX#8G09G+
.[KXO0Ui6u
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 {g(-C&
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: c={bunnz#
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 x:O;Z~ |.
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 7xmif YC
最后的布局是: #c:b8rw
Add ZBAtRs
/ \ 3bW(VvgcL4
Divide 5 x#{.mN
/ \ R2[-Q"|Ra
_1 3 u\zP`Y
似乎一切都解决了?不。 hqKftk)+
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 (\M&Q-xZ
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 CgO&z<A!&
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: M'4$z^@Z
qJZ5w}
template < typename Right > 7pY7iR_
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const fmhqm"
Right & rt) const x)<Hr,wd
{ R~R ?0aq
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); h#>%\Pvt;
} <)
`?s
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Y([YDn
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。 .oNs8._:
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。 d]*a:>58
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。 TE.O@:7Z
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。 ZOK,P
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? Dqw?3 KB
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: Z/S7ei@56
VTt{0 ~
template < class Action > QP{V
class picker : public Action +$F_7Hx
{ WI$MT6
public : ,9C~%c0Pw
picker( const Action & act) : Action(act) {} C<.Ny,U
// all the operator overloaded "/zIsn7
} ; =#"ZO
`bdCom
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。 Dr!g$,9
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ?U`~,oI0
RN%*3{-
template < typename Right > ,' m<YTF
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const *"pf3x6
{
#H@rb
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); H?(I-vO
} &7 YTz3aj
C&QT-|
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > [0(+E2/:2
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 o=1M<dL
6?3f+=e"~!
template < typename T > struct picker_maker =V@5W[bV
{ ~j`;$o
typedef picker < constant_t < T > > result; A #y,B
} ; ;L gxL
Qy;
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > sr&hQ
{ J}9 I5O
typedef picker < T > result; DhAQ|SdCf
} ; K; +w'/{
6jKZ.S+s)
下面总的结构就有了: GuV.7&!x
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。 ,y+}0q-Ou
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。 b5MCOW1+
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 \NEXtr`Th
至此链式操作完美实现。 g (i_di
'w8k*@cQ
U '#Xwax
七. 问题3 <&+\X6w[
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。 ,p,$(V
J\BTrN 7
template < typename T1, typename T2 > ;e>pu"#
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const o-))R| ~z
{ 8pQx6QE
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); \C
)S3!h
} QD6in>+B@
(Mk9##R#
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: ky`xBO=
DaV:Slp9
template < typename T1, typename T2 > W]]@pbG"H\
struct result_2 NEpomE(>x
{ ]}wo$7pO
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; _dgS @n;6
} ; q;^Q1[Ari
W_%p'8,
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? 8+>r!)Q+
这个差事就留给了holder自己。 5u<F0$qHc
[=})^t?8
;PO{
ips
template < int Order > 9\_^"5l
class holder; ne=?'e4
template <> _NfdJ=[Xh
class holder < 1 > \lJCBb+k
{ w&vZ$n-|
public : mM> L0
template < typename T > ]5V=kNui
struct result_1 dOm@cs
{ +ld]P}
typedef T & result; yBJf'-K
} ; g69^D
template < typename T1, typename T2 > ]Kutuf$t
struct result_2 3N(5V;ti
{ 4@b~)av)
typedef T1 & result; y h
} ; (Q_J{[F
template < typename T > ;
S(KJV
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const b"lzR[X,e
{ WR a4g
return (T & )r; m44"qp
} H%L oI)w
template < typename T1, typename T2 > V__|NVoOm
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const C#^V<:9
{ EpX.{B@B_[
return (T1 & )r1; jujhK'\
} 4=G)j+RCH
} ; 78=a^gRB
H{}Nr
4
template <> 9;\a|8O
class holder < 2 > @>r3=s.Q
{ gQ< >S
public : *LaL('.>
template < typename T > g[D(]t\#x
struct result_1 Y<4%4>a
{ -x~4@~
typedef T & result; 8=GgTpO5
} ; JE a~avyJ
template < typename T1, typename T2 > tJ"8"T#6Vr
struct result_2 6aw1
{ zS9HR1
typedef T2 & result; `b11,lg
} ; !mjrI "_
template < typename T > -`I&hzl6E
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const B<p-qPR K
{ b"DV8fdX
return (T & )r; 6T?$m7c
} .T2P%Jn.
template < typename T1, typename T2 > pR3@loFQ`o
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const yDuMn<