一. 什么是Lambda C:"Al-
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 npkE[JE:
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, ,P3nZ
@SF*Kvb&
4yV}4f$q
: P>Wd3m
class filler Q mT L-
{ OxqK}%=Bw
public : V*@pmOhz
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} EJ`JN|,M
} ; YLVIn_\}
@/@#,+
@MWrUx
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: 6D_3Hwrs
c:.k2u
3fgVvt-2
h2#G
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 4yW9}=N!
h.gj4/g
`f,SY
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Ob$|IH8.
ftw\oGrS
hF"yxucj$
8_US.52V
二. 战前分析 dE=4tqv-r
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。 ]R~K-cN`
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 _w/w~;7
ijOUv 6=-
nsQx\Tnhx
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ~5<-&Dyp7
/* --------------------------------------------- */ I,OEor6%R(
vector < int *> vp( 10 ); h[b;_>7
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); O~N0JK_>
/* --------------------------------------------- */ MKq:=^ w
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 7dhip
/* --------------------------------------------- */ PJA%aRP,:
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); qn}4PVn4
/* --------------------------------------------- */ g]PmmK_L
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); `bw>.Ay
/* --------------------------------------------- */ Squ'd
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ZT:&j4A|0
)EZ#BF<0|
KP`{ UD)
AC;ja$A#
看了之后,我们可以思考一些问题: <)ozbv Xk
1._1, _2是什么?
3=@94i
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 5TqB&GP0
2._1 = 1是在做什么? :QT0[P5O
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 0l=g$G
\%
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。 } QVREj
owHhlS{
|Byw]\3v
三. 动工 RwJ#G7S#
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: dr#g[}l'H
?s/]k#H
~UA:_7#\M
+L
D\~dcV+
template < typename T > x8YuX*/I
class assignment 'o;>6u<u
{ V+myGsr`
T value; ejP273*ah
public : f-6-!
assignment( const T & v) : value(v) {} mcvd/
template < typename T2 > 7~n<%q/6
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } VX0q!Q
} ; ^EY^.?Mg
p2s*'dab7
SC/|o
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 e=S51q_0
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment :!H]gC
4
3m:[o`L
}{/3yXk[G
;LSdY}*%0
class holder R+
#(\
{ >Z@^R7_W
public : 0h ^&`H:
template < typename T > X&R,-^
assignment < T > operator = ( const T & t) const s3?pv
{ r/E'#5 Q
return assignment < T > (t); qk!")t
} #Duz|F+%
} ; hZ6CiEJB
#;,dk(URo
:=9?XzCC
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: ^UTQcm
7` AQn],
static holder _1; P?D;BAP2
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Hq=5/N
X.TsOoy
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); N0TEVDsk
而不用手动写一个函数对象。 (0Buo#I
92zo+bc
C8 [W
h~|B/.[R:3
四. 问题分析 )w\E^
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。 {Yp>h5nwM_
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。 it?l! ~
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ^W}(]jL
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 #J&45
下面我们可以对这几个问题进行分析。 \H
<k
Y v22,|:
五. 问题1:一致性 &)Y26*(`
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?| HAa$pGb
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 <*I%U]
rfj>/?8!@
struct holder mFoE2?Y
{ +JQ/DNv
// )y8 u+5^
template < typename T > ?&v+-4%4PI
T & operator ()( const T & r) const 5~ho1Ud
{ #bk[Zj&
return (T & )r; iBlZw%zKP
} -n.ltgW@
} ; .8[Uk^q
}\+7*|
这样的话assignment也必须相应改动: gKyYBr
H<6TN^
template < typename Left, typename Right > )qxZHV
class assignment yCk9Xc
{ e}V3dC^pU
Left l; ZV :cgv
Right r; RE*;_DF
public : l]:nncpns
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} E RnuM
template < typename T2 > urM=l5Sx
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } bo>4:i
} ; QPL6cU$&R
_wvSLu <q
同时,holder的operator=也需要改动: 0M[O(.x
Id_?
template < typename T > R1CoS6
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const L?[NXLn+
{ fU?P__zU4
return assignment < holder, T > ( * this , t); ZjCT * qx
} ?ks3K-.4
a!OS2Tz:
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。 *RPdU.
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 x d9+P
|s<IZ2z]}R
return l(rhs) = r; /iz{NulOz*
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。 D/& 8[Z/Cn
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: jY: )W*TXt
ar+ j`QIe
template < typename Tp > c,wYXnJ_t
class constant_t `>.^/SGu>?
{ l y!vbpE_
const Tp t; % 3"xn!'vf
public : g>L4N.ZH_v
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} %s|`1`c
template < typename T > A>C&`A=-
const Tp & operator ()( const T & r) const B~\mr{|u
{ >h!>Ll
return t; V'-}B6 3S>
} !c 3c%=W
} ; [:vH_(|
DQ#rZi3I
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 !06
!`LT
下面就可以修改holder的operator=了 #pe#(xoI
"L?h@8sa
template < typename T > [9hslk
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const fu=GgD*
{ IjshxNk
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); zCpsGr
} 1" k_l.\,0
5c8tH=
同时也要修改assignment的operator() Za"m;+H<E
eNQQ`ll@m
template < typename T2 > *6C ]CS
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } RWX?B
现在代码看起来就很一致了。 9 a$\l2
2aDjt{7P
六. 问题2:链式操作 IasWm/
现在让我们来看看如何处理链式操作。 t9QnEP'
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ryC7O'j_P
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 >TKl`O
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ?3duW$`
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 6I<^wS9j_
=x &"aF1
template < typename T > (=jztIZC
struct result_1 k <EzYh
{ dcn/|"jr
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; GR%h3HO2&
} ; N I*x):bx
#;+ABV
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: 'joc8o sS
><HHO
(74X
template < typename T > 5#WyI#YNG
struct ref u/ Gk>F
{ ,f[`C-\Q%
typedef T & reference; @L-] %C
} ; mw!EDJ;'
template < typename T > r@30y/C
struct ref < T &> Dt ~3Qd0
{ H\PY\O&cP
typedef T & reference; xY=%+o.?*
} ; 9kO}054
SK]"JSY`
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ,q".d =6
1y{@fg~..
template < typename T > Qt~QJJN?oF
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 8q"C=t7
{ aCZ7G
%Y
return l(t) = r(t); &Sr7?u`k
}
L7rEMq
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。 HX`>"
?{
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Z37%jdr
!uxma~ZH-
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 C4h4W3w
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ~USU\dni
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 b]oPx8*'
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 M~O$,dof
最后的布局是: U 6`E\?d`
Add )*m#RqLQ8
/ \ qJZ:\u8oO
Divide 5 _yu_Ev}R
/ \ YsBOh{Ml
_1 3 :dML+R#Ymh
似乎一切都解决了?不。 ;R4qE$u2^
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。 f{j.jfl\x
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。 l6y*SW5+
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: kfQi}D'a
%.mHV7c)%
template < typename Right > _rIFwT1]
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ;qwNM~
Right & rt) const 8^U+P%
{ Hp1n*0%dZ&
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 8r-'m%l
} d2=Z=udd
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 #>[5NQ;$'
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。 !3JYG
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。 Tu9[byfrI
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。 f !D~aJ
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。 +u[?8D7Y
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? `a:L%Ex
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: \Bg?QhA_D
o9 g0fC
template < class Action > Kulh:d:w
class picker : public Action Q ,6[
{ [pgld9To
public : tw?\bB
picker( const Action & act) : Action(act) {} #fTPo:*t
// all the operator overloaded qTd6UKg
} ; S-D=-{@
%^VQw!
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。 cPL]WI0(
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: !5escR!\D
*]]C.t-cd
template < typename Right > =3=
$F%
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const :4'Fq;%C
{ -0R;C` (!
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Ei&
Z
} \Tii
S
0A.PfqYi
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > #Emz9qTsce
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 !v`C-1}70
[Dou%\
template < typename T > struct picker_maker H.R7,'9
{ ;;cPt44s
typedef picker < constant_t < T > > result; SK&? s`
} ; oY$L
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ~3F\7%Iqc
{ \'AS@L"Wj^
typedef picker < T > result; C6P(86?
} ; 7Rix=*
ctB(c`zcY
下面总的结构就有了: +CF"Bm8@
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。 60`4
_Uy]_
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。 2-#:Y
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 lAcXi$pF
至此链式操作完美实现。 Er]lObfQo
=O?#>3A}
(K>=!&tlp=
七. 问题3 yxpDQO~x
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。 7vf?#^RlV
b}OOG
template < typename T1, typename T2 > IC:wof "
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const $*Z Zh
{ acdWU"<
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); @T6Z3Zj}
} G>q16nS~KP
5HAIKc
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: Q|+g= |%^
QoVRZ $!p
template < typename T1, typename T2 > "Nx3_mQ
struct result_2 NX5A{
{ 5_}e?T&s
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; N1Pm4joH%
} ; :y!%GJW
|0jmOcZF
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? P4~=_Hh
这个差事就留给了holder自己。 KOQ9K
RC']"jpW
t=;84lA
template < int Order > ;N FTdP
class holder; \f AL:mJ
template <> 0B;cQSH!q
class holder < 1 > yQXHEB
{ jW G=k#WN
public : (DW[#2\.
template < typename T > MGmUgc
struct result_1 K[XFJ 9
{ vj23j[!|
typedef T & result; Po:)b
} ; X@[)jWs
template < typename T1, typename T2 > dK45&JHoW^
struct result_2 ]-D;t~
{ 3/w) mY-o
typedef T1 & result; rU{E}
} ; CX8tTbuFl
template < typename T > ~
}<!ON;
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ^.d97rSm
{ nsCat($)
return (T & )r; ;BR`}~m
} sPee"9%,
template < typename T1, typename T2 > }5)sS}C
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const onuhNn_=>
{ V|h/a\P
return (T1 & )r1; t1I` n(]n
} +6xEz67A<
} ; \9S&j(I
KvM}g2"
template <> INyakAmJ}-
class holder < 2 > e (^\0 =u<
{ ZL3aO,G2
public : :!wdqn
template < typename T > t1)~J
struct result_1 ?Q< o-o;B
{ CS:mO|
typedef T & result; "z^&>#F
} ; !lf:x
template < typename T1, typename T2 > 5 E%dF9q
struct result_2 |Ki\Q3O1
{ IkU:D"n7
typedef T2 & result; I#]$H#}Av
} ; zlh}8Es
template < typename T > m,~
@1
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const t^=6czk
{ }a(x
L'F
return (T & )r; Y2DR
oQ
} NY5?T0/[
template < typename T1, typename T2 > #l(cBM9sz
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const r2EIhaGF;
{ E! i:h62
return (T2 & )r2; DO!?]"
} 31n5n
} ; S=^a''bg
S)@95pb
M.Fu>Xi
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> >。 ?Afx{H7
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: :>Gm&w
(n
首先 assignment::operator(int, int)被调用: ?s<'3I{F`
dnby &-+T
return l(i, j) = r(i, j); g2=5IU<
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) aqjS 5!qh
~$0Qvyb>
return ( int & )i; 0YsC@r47wL
return ( int & )j; {-sy,EYcw
最后执行i = j; >qJRpO
可见,参数被正确的选择了。 !cs+tm3
m,e@bJ-
!!=%ty
C} #:<Jx
u/5I;7cb
八. 中期总结 p",HF%
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: t}E1NXW
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 H4HWr6
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 fz`+j
-u
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor "tgaFtC=w
|M?yCo
=H_|007C
t(4%l4i;X
(ia(y(=C
silTL_$
九. 简化 P5+FZzQ
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。 0Ts[IHpg&E
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 5@$b@jTd
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: x}G["ZU}v]
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 1;p'2-x
+-*/&|^等 7Q<xC
2. 返回引用。 3*G7H
=,各种复合赋值等 z G
{1;
3. 返回固定类型。 ;r[@;2p*(
各种逻辑/比较操作符(返回bool) dkuB{C,
4. 原样返回。 &~+lXNXF
operator, 1.]Py" @:
5. 返回解引用的类型。 $/%|0tQ
operator*(单目) jUq^$+N
6. 返回地址。 /@5X0m
operator&(单目) #c5 NFU}9
7. 下表访问返回类型。 C3af>L@}
operator[] =GpO}t">
8. 如果左操作数是一个stream,返回引用,否则返回值 a;eV&~
operator<<和operator>> A L#"j62
<_@ S@t)
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。 +_gPZFpbx
例如针对第一条,我们实现一个policy类: J9^RP~>bs
X I\zEXO
template < typename Left > O2E6F^.pYw
struct value_return !<