一. 什么是Lambda X<9DE!/)
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 .j&jf^a5
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, Z<,gSut'Y
B8s|VI
Olxb`x
=m/2)R{
class filler e9B,
{ L<QDC
public : n@mUQ6
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} _)Qt,$
} ; bfpW^y
xBw"RCBz^
*Mp<4B
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: U'lmQrF!
dfJ7Dhn
Ej34^*m9k
gwqK`ww
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); +mxYz#reX
0N
T3
ONfJ"Rp3
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 t3s}U@(C
JnsXEkM)
gSe{S
moo>~F _^
二. 战前分析 mmjB1L
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。 t!i F(R\
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 wUV%NZB
LB{a&I LG
8 Zj>|u
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 73<iK]*c
/* --------------------------------------------- */ qJ!oH&/cD
vector < int *> vp( 10 ); e5XikLu
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); .A `:o
/* --------------------------------------------- */ blPC"3}3Vd
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); x4( fW\
/* --------------------------------------------- */ & {/u>,
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); <%Rr-,
/* --------------------------------------------- */ Fh/C{cX9g
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); =H?Nb:s
/* --------------------------------------------- */ 9E#(i P
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); oaXD^H\
sO6t8)$b
%4-pw|':
hBqu,A
看了之后,我们可以思考一些问题: plIx""a^h
1._1, _2是什么? 'K"*4B^3
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 QA 9vH'
2._1 = 1是在做什么? z"vgwOP su
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 >5gzo6j/
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 S8cFD):q
He*L"VpWv
'Hia6<m3
三. 动工 "nefRz%j+
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ge?ymaU$a
R 1 b`(
KWH
Arv8P
P^'
template < typename T > h
,n!x:zy@
class assignment zF$wz1
%
{ Cwh;+3?C|
T value; [*<&]^
public : VA%i_P,
assignment( const T & v) : value(v) {} a[!d)Y:zx
template < typename T2 > ;7A,'y4f
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } c,fedH;
} ; [aC9vEso!
atAA[~
+~v(*s C
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 %jf gncW
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 0cbF.Um8
v%- V|L
mNYz7N
_L72Ae(_
class holder %G
SSy_c
{ wz#n$W3mGf
public : R{B~No w3
template < typename T > U,S286
assignment < T > operator = ( const T & t) const |Wgab5D>V
{ ?C{N0?[P-
return assignment < T > (t); ZM.g+-9
} # 0(\s@r.
} ; }>:X|4]
TExlGAHo+O
2fk
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: !R@4tSu
f*~fslY,o
static holder _1; J)->
7h=
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 f5-={lUlIS
HXQrtJ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); T}TP.!0E
而不用手动写一个函数对象。 u5_fM*Ka
Ei<:=6EX?8
*S4P'JSY
&$Lm95
四. 问题分析 5=986ci$U
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。 AVWrD[ wD2
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。 IA4(^-9
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 *2MTx
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 jg8P4s
下面我们可以对这几个问题进行分析。 n58jB:XR(
_JDr?Kg
五. 问题1:一致性 PsnU5f)`
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?| C=cTj7Ub
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ~-%A@Lt
J|IDnCK
struct holder :
eFc.>KoD
{ '1
$ ({{R
// OEW,[d
template < typename T > H/&Q,9sU21
T & operator ()( const T & r) const nE;gM1I
{ ?OyW|jL
return (T & )r; IycxRig
} ,gc#N
} ; cg%CYV)
+GS=zNw#
这样的话assignment也必须相应改动: ;gnr\C*G
5aNDW'z`f
template < typename Left, typename Right > lg+g:o
class assignment S/;Y4o
{ 4vS!99v)
Left l; vBx^zDe
Right r; =;=V4nKN
public : 6%#'X
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} tV9C33
template < typename T2 > tW>R 16zq
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } B;r$( 'UZ
} ; 9(WC#-,
~S!kn1&O
同时,holder的operator=也需要改动: &:*+p-!2<
%#a%Luq
template < typename T > GcCs}(eo
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const _'U?!
{ E;H(jVZ
return assignment < holder, T > ( * this , t); dCTpO
} P0z{R[KBH
uLljM{I
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 OvG0UXRU
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 C>dJ:.K%H
E5{)d~q
return l(rhs) = r; AHY)#|/)
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 y3]"H(
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: %ko 8P
:<8V2
template < typename Tp > vKC&Qi ;
class constant_t HPKyAcS\
{ ;%alZ
const Tp t; v6\2mc.
public : TWEqv<c
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ;@
X
template < typename T > Ue:T3jp3%
const Tp & operator ()( const T & r) const )`7+o9&
{ eb@Lh!
return t; nk
9 K\I
} re J?38(
} ; 0 _}89:-
vPNZFi-(
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 =Gz>ZWF
下面就可以修改holder的operator=了 |qDfFGYf
QvN
<uxm
template < typename T > 6CRPdLTDf
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const <h51KPo^P
{ 9[E$>o"%
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 0\nhg5]?
} 5yi q#
.@-]A
同时也要修改assignment的operator() !!%nl_I(
m(:qZW
template < typename T2 > > C&<dO#i
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } M~F2cXW
现在代码看起来就很一致了。 SfSEA^@|
/
i2-h
六. 问题2:链式操作 X]"OW
现在让我们来看看如何处理链式操作。 1>x@1Mo+K
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。 wg_CI,Kq
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。 t>@3RBEK
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。 1|w:xG^
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct @M^QhHs
Z*)Y:tk)b
template < typename T > c$:=d4t5$
struct result_1 "gajBY
{ ={@ @`yP^$
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Ny7=-]N4{"
} ; Y6?mY!
A""*vqA
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: L9?/ -@M
O[p^lr(B7
template < typename T > p<fgUVR
struct ref 0QH3,Ps1C
{ 1\{U<Oli
typedef T & reference; xYVjUb(,X
} ; 7+hF;
template < typename T > [pFu
]^X
struct ref < T &> xp8f
{ }\L!;6oy
typedef T & reference; yxWMatZ2
} ; $SGA60q
o/9LK
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: (Cd{#j<
z "$d5XR
template < typename T > !Fg4Au
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const EQOP?>mWx!
{ N?{1'=Om
return l(t) = r(t); >AX~c
jo
} +y4AUU:Q
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。 ^pV>b(?qw
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 bKMR7&e.Ep
n,:.]3v%
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 _AB9BQm
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: jo3}]KC !
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 pH l2!{z
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 agU!D[M_G
最后的布局是: :8-gm"awL5
Add KW7?: x
/ \ rbuL@=S@*
Divide 5 j484b2uj1
/ \ bb/?02*)H
_1 3 Ar7mH4M
似乎一切都解决了?不。 Z t+FRR=
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。 |}p}`Mb)a
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。 T\
}v$A03
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ?-:: {2O)
*:tjxC
template < typename Right > >"<k8wn
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 46P6Bwobh
Right & rt) const o),6o'w(
{ 1mVVPt^6
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); hn\Q6f+
} K_+;"G
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 oSA*~ N:
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 b801OF
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 V>j hGf
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 PSf5p\<5
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 71/ m.w
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? LQ(5D_yG.
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: 'uf\.F
q&Tn>B
template < class Action > o|;eMO-
class picker : public Action =Wk/q_.
{ ^g-t#O lD?
public : zIm_7\e
picker( const Action & act) : Action(act) {} J1]w*2
// all the operator overloaded N>pmhskN?
} ; )dIfr
g?[&0r1
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 mhi90J c
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: D_n}p8blT
ZAX0n!db3
template < typename Right > w0j/\XN2s
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const yB4H3Q )
{ *fH_lG%
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); pba8=Z
} 7.e7Fi{
Vl 19Md
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > %t`SSW7I
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 {s8U7rmML
<< ;HY}s
template < typename T > struct picker_maker 7{An@hNh
{ LZc$:<J<6
typedef picker < constant_t < T > > result; WfDX"rA
} ; M,t*nG
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > PwB g
{ % nmY:}um
typedef picker < T > result; [l':G ]
} ; y5/'!L)g
`/w\2n
下面总的结构就有了: R{)
Q1~H=q
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。 hY=w|b=Y
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。 Rj}o4s2x
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 4g7ja
至此链式操作完美实现。 ran^te^Ks(
WfRfx#MMt
S~k*r{?H})
七. 问题3 6hM]%
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。 sp=OT-Pfp
)W`SC mr]
template < typename T1, typename T2 > ',JrY)
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const HUJ|-)"dw
{ UK6xkra?#
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); { eEC:[
} Oz&+{ c
p"[O#*p
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\XPS
eB=v~I3
template < typename T1, typename T2 > a(@p0YpKT
struct result_2 =9pw uH
{ Pknc[h},
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; |As2"1_f
} ; bR`rT4.F
JAlU%n?R
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? U~*c#U"bh
这个差事就留给了holder自己。 w{3Q( =&
pd4cg?K
g@@&sB-A"
template < int Order > l] _b;iux
class holder; <Zp^lDxa
template <> Mny'9hsl
class holder < 1 > ?C
&x/2lt
{ dU]i-NF
public : K4! P'
template < typename T > <t{?7_ 8
struct result_1 s) Cpi
{ JBR[;
zM
typedef T & result; 'ySljo*It
} ; ~n[b^b
template < typename T1, typename T2 > =s'XR@
struct result_2 &:V@2_6"
{ ,AH0*L
typedef T1 & result; 4K9Rpm
} ; 'aD6>8/Hj
template < typename T > nW4Vct
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const z,{e]MB)M
{ N5nvL)a~
return (T & )r; 8RdP:*HY
} y(bsCsV&
template < typename T1, typename T2 > yjEI/9_
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const $ph0ag+
{ [kbC'Eh*
return (T1 & )r1; -IBO5;2_
} x*.Ye5Jb
} ; Yd'H+r5b
0Injyc*bMF
template <> \\jIl3Z
class holder < 2 > ;rd6ko
{ \bhOPK>w
public : 9~@<-6jE3b
template < typename T > T H|?X0b
struct result_1 N-[n\}'
{ "JkZJ#
typedef T & result; ZCm1+Y$
} ; 31~hlp;
template < typename T1, typename T2 > wms1IV%;
struct result_2 _6;<ow
{ *B0V<mV
typedef T2 & result; <