一. 什么是Lambda (0jr;jv
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 I/p]DT
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, ixw(c&gL
% vS8?nG
8tQ|-l*
F2>%KuM
class filler "mZ.V
{ ?R6`qe_F
public : 9
5 H?{
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ,Y!zORv<7
} ; @ajM^L!O
9]$`)wZ
((MLM3zJ
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: PXEKV0y
xncwYOz
ybvI?#
B\_[R'Pf&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); FH\CK
OFy,B-`A{
+1@AGJU3
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 =A n`D
b5 Q NEi
\Ph7(ik
C\Ayv)S#2
二. 战前分析 W_<4WG
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 iBvOJs
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 ty-
r&
y/R+$h(%
j Z'&0x"U
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); - L~Uu^o
/* --------------------------------------------- */ l3J$md|f
vector < int *> vp( 10 ); ;~/4d-
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); JR1*|u
/* --------------------------------------------- */ H/jm
f5
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); l$XA5#k
/* --------------------------------------------- */ :p-Y7CSSu
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); iJP{|-h
/* --------------------------------------------- */ 6k9Lx C:M
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); UqtHxEI%R~
/* --------------------------------------------- */ /`+7_=-
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); *K)0UKBr
4e9E'
"8%
\A(5;ZnuD
3k{ @.V?]
看了之后,我们可以思考一些问题: .#!mDlY;
1._1, _2是什么? ,-
HIFbXx@
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。 9X]f [^
2._1 = 1是在做什么? Q!$IQJ]|Y
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 'L{wm
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。 ;Qa;@
-P#nT 2
;.s:X
三. 动工 Kbas-</Si
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: "DjU:*'
=Ahw%`/&}]
v*r9j8
Z[}
$n-V
template < typename T > "$8w.C
class assignment p>p'.#M
{ gpAHC
T value; OCW+?B;
public : Qp!J:YV
assignment( const T & v) : value(v) {} SDc"
4g`
template < typename T2 > &=zU611,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } p@tp]u`7
} ; mo9$NGM&}
0w3b~RJ
<SQ(~xYi
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 8^X]z|[d2
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment kF-TG3
r}EM4\r
3; y_mg
E@pFTvo
class holder 1nB@zBQu-
{ sqG`"O4W
public : xF8 :^'
template < typename T > DHzkRCM
assignment < T > operator = ( const T & t) const kfCKhx
{ !$r9C/k
return assignment < T > (t); l* Y[^'
} |<Bpv{]P
} ; 7@P656{
RpN <=
Qa?aL
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: e\.HWV ]I
};p~A-E=
static holder _1; $ !5f"<FCB
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 K:w]>a
(1 yGg==W.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ,n5a] )Dg
而不用手动写一个函数对象。 h,]+ >`b
xjrlc9
)E`+BH
oKiD8':
四. 问题分析 P)IjL&[
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。 b~as64
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。 .e$%[)D
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 'w6hW7"L
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 5_aw.s>
下面我们可以对这几个问题进行分析。 u]*5Ex (?
ysVi3eq
五. 问题1:一致性 %MuaW(I o
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| oCA(FQ6
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 f0FP9t3k
!a[$)c
struct holder w \DspF
{ 7TdQRB
// 0||F`24
template < typename T > b,Lw7MY}[
T & operator ()( const T & r) const p`p?li
{ k<Oy%+C
return (T & )r; %M6
c0d[9-
} Y)OBTX
} ; M5u_2;3
_n_sfT6)B
这样的话assignment也必须相应改动: |."G ?*
h0XH`v
template < typename Left, typename Right > LE|<O
class assignment f9F2U
)
{ ,D8&q?a
Left l; GLcd9|H
Right r; ~me\
public : * gHCy4u{
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} MCHOK=G
template < typename T2 > 4cB&Hk
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } dyl
0]Z
} ; LYNZP4(R
cz>mhD
同时,holder的operator=也需要改动: J{!'f|
J
|hD~6a
template < typename T > 9m~t
j_
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const mQ=sNZ-d]
{ #%WCL'6B
return assignment < holder, T > ( * this , t); [D hEh@
} mR,O0O}&
]|y}\7Aa
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。 k-vA#
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 K=o:V&
AZBC P
return l(rhs) = r; QES^^PQe:
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。 re q-Q |
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: (GNEYf|
\-d'9b ?
template < typename Tp > 7@@<5&mN
class constant_t LUG9 #.
{
p2^)2v
const Tp t; j%u8=
public : $^IjFdD
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ,P~QS
template < typename T > 94YA2_f;
const Tp & operator ()( const T & r) const 3 69Zu4|u
{ FH[#yq.Pr
return t; L?Tu)<Mn
} kz_M;h>
} ; kkL(;H:%
<K,[sy&Qy
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 B6uRJcD4
下面就可以修改holder的operator=了 !^-OfqIHfV
R Y9.n
template < typename T >
Z:TFOnJ
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const lfRH`u
{ gtMw3D`FL
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); cTy'JT7
} =G*z
53
u9,=po=+7f
同时也要修改assignment的operator() aC}p^Nkr"k
18rp;
l{
template < typename T2 > G1TANy
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } LGXZx}4@;
现在代码看起来就很一致了。 PMY~^S4O
c~37+^B:
六. 问题2:链式操作 df yrn%^Ia
现在让我们来看看如何处理链式操作。 3jS7 uU
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。 &rcdr+'
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。 ~9bv Wd1D
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。 2=O))^8
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct {F/q{c~]
E;$$+rA
template < typename T > <ipWMZae0F
struct result_1 9LHa&""
{ d&?F#$> 7|
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; \D ^7Z97
} ; eq{
[?/
N|o>%)R
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ;)P5#S!n-
"5y<G:$+~
template < typename T > JC/d:.
struct ref !L/tLHk+
{ }]`}Ja
typedef T & reference; N?zV*ngBS
} ; @??u})^EL
template < typename T > Z|}H^0~7S
struct ref < T &> $8=(I2&TW
{ my]P_mE
typedef T & reference; hj+p`e S
} ; q{[1fE"[K4
HMhLTl{;
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: !@A|L#*
y1nP F&_
template < typename T > _E&U?>g+
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const X&/(x
{ zWJKYF qK
return l(t) = r(t); Ls(&HOK[p
} JOPTc]
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。 !#C)99L"F
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 o16d`}/<
yX`J7O{=
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 eXc[3ceUr
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 5R)[Ou.
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 f^~2^p
1te
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ~6] )*y
最后的布局是: $G)&J2zL
Add ,Io0ZE>`V
/ \ NWeV>;lh9
Divide 5 5%'o%`?i
/ \ t&38@p
_1 3 $4sAnu]
似乎一切都解决了?不。 @kS|Jz$iY
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。 w~ijD ^g
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。 $f9 ,##/
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: <Nvlk\LQ
W%=Zdm
rv
template < typename Right > % /~os2R
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const *u58l(&`8
Right & rt) const S3nB:$_-;
{ ]!q
}|bP
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); /\nJ
} .x]'eq}
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 BF>T*Z-Ki
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。 1xq3RD
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。 av"Dljc
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。 dP?nP(l
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。 *q+oeAYX
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? Sb^a dd0dT
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: {npOlV
hZ%2?v`
template < class Action > JATS6-Lz`
class picker : public Action .V7Y2!4TE
{ <1TlW
~q<
public : 9fCiLlI
picker( const Action & act) : Action(act) {} ZBPd(;"x+
// all the operator overloaded LAj}kW~
} ; =CWc`
bN]\K/
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。 tWcizj;?wK
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: ^
sS>Mts
N|bPhssFw
template < typename Right > r4;^c}
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const o7m99(
{ 6Wf*>G*h
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 7k.d|<mRv
} ]6jHIk|
/j`i/Ha1
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > N'htcC
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。 f34_?F<h
6s> sj7
template < typename T > struct picker_maker ~JIywzcf8
{ bX a %EMF
typedef picker < constant_t < T > > result; tq2-.]Y@U
} ; >hHJ:5y
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > b5lk0 jA
{ lp IteZw:
typedef picker < T > result; )e@01l
} ; Z|V"8jE
MA~|y_V
下面总的结构就有了: H(
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。 =1%zI%
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。
iK$Vd+Lgc
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 f6keWqv<GW
至此链式操作完美实现。
JsZAP
%@M00~-
AGw1Pl8]K
七. 问题3 EGp~Vo-
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 WZfk}To1#
}|w=7^1z
template < typename T1, typename T2 > p~,a=
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const |#Yu.c*
{ eD>-`'7<
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); } S'I
DHla
} Km|9Too
Zm"!E6`69
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: h;cB_6vt
G1`mn$`kq
template < typename T1, typename T2 > w`H.ey
struct result_2 [Q2S3szbt6
{ 7j9D;_(.^$
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; o=mq$Z:}
} ; 0X] ekq
T4%i`<i
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? WZ-4^WM=!
这个差事就留给了holder自己。 D#vn {^c8O
S!`4Bl
@d8&3@{R^
template < int Order > -D.BJ(
class holder; EM>c%BH<N
template <> eONeWY9
class holder < 1 > .y/NudD
{ V0SW 5
m
public : =)"NE>
template < typename T > PCV58n3
struct result_1 8GF[)z&|P:
{ 3Hb .ZLE#
typedef T & result; pIU#c&%<9
} ; Zztt)/6*
template < typename T1, typename T2 > r'mnkg2,
struct result_2 _qO;{%r
{ 1C5kS[!
typedef T1 & result; qaCi)f!Dl
} ; r|
6S
template < typename T > ?{ 8sT-Z-L
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const /iuUUCk
{ 3iwoMrp
return (T & )r; "w:\@Jwu(
} u8{@PlS
template < typename T1, typename T2 > `Yo-5h
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const AAlmG9l&7
{ ~PU1vbv9T
return (T1 & )r1; h%CEb<
} Knw'h;,[
} ; _D7HQ
H3UX{|[
template <> o2 T/IJP
class holder < 2 > 7Ap~7)z[
{ XNkQk0i;g&
public : vV:MS O'r
template < typename T > WwCK K
struct result_1 LX(iuf+l
{ 4z-,M7iP
typedef T & result; @'F8 |I 6
} ; Oo3qiw
template < typename T1, typename T2 > _.Z&<.lJ
struct result_2 1drqWI~
{ web8QzLLB
typedef T2 & result; 1 o
} ; MQbNWUi
template < typename T > LS2ek*FJO
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const @^XkU(m
{ R&x7