一. 什么是Lambda #5sD{:f`
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 |VOg\[f
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, D+ V7hpH-
Mv|ykJoz"
})vOaYT|-
!.7udYmB
class filler @/J[t
{ `&M{cfp_
public : 2Zuq?1=
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} O<9~Kgd8h
} ; r%wA&FQ8U
^IZ)#1U
?[ly`>KpJ
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: LL!.c
B bhfG64
k.h`Cji@
W-RqN!snJ8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 8pLBt:
@J[6,$UVu
I3u{zHVwI
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 M|T4~Q U&
:&}odx!-!C
#LcrI
DG(7|`(aY
二. 战前分析 0uVv<Q~
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 W#_/ak$uF*
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 nGZX7Fx5
J2GcBzRH
MB);!qy
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Q_*_?yf
/* --------------------------------------------- */ L;_c|\%
vector < int *> vp( 10 ); h*0S$p<[1
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); {s,+^7
/* --------------------------------------------- */ <j}lp-
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 0?7XtC P<
/* --------------------------------------------- */ t^=U*~
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); RnVtZ#SCh
/* --------------------------------------------- */ O|kKwadC
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); JL}\*
/* --------------------------------------------- */ u#W5`sl
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); B UUf;Vv
0m[dP
RKd
ydl jw
看了之后,我们可以思考一些问题: 4kp im
1._1, _2是什么? UbJ*'eoX
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。 Qz<d~N
2._1 = 1是在做什么? iWX c
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。 -y) ,Y
|
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。 l2v_?j-)x
{TSY|D2
)G^TW'9
三. 动工 |wxGpBau
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ~KjJ\b)R
;:&?=d
,reJ(s
~ <0Z>qr
template < typename T > :L?_Y/K
class assignment `Y?t@dd
{ hVoNw6fE
T value;
R)Q4
public : 9V1cdb~?"T
assignment( const T & v) : value(v) {} Dkw%`(Oh/,
template < typename T2 > O[~x_xeW
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } S{F-ttS"
} ; 2)iD4G`
uE_c4Hp
.r|*Ch#;P
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 jX=lAs~6
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment @
$cUNvI
_cJ[
FP1
9~AWn g
/
YiQ\
class holder _68BP)nz>.
{ iCG`3(xL
public : =?@Q-(bp
template < typename T > khd5 Cf[
assignment < T > operator = ( const T & t) const _fTwmnA
{ ";3*?/uM
return assignment < T > (t); '3tw<k!1{.
} H!r &aP
} ; ;uI~BV*3
$Ptk|qFe
^~ =9
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: A//?6OJx?
,#u\l>&$
static holder _1; i`U:gw
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 _v5t<_^N
>X}{BDMb.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); u/^|XOy
而不用手动写一个函数对象。 g1m-+a
@_'OyRd8
sPYX~G&T
Ayx^Wp*s
四. 问题分析 *3{J#Q6fk3
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。 =fLL|
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。 @98;VWY\
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 H>7dND2;
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 kN9yO5h7
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ,krS-.
uK*|2U6t
五. 问题1:一致性 Dk)}|GJ()"
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?| 9G+f/k,P
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 64ox jF)
Z_z#QX>=D
struct holder 'UwI*EW2S
{ GKtS6$1d#
// Rc$h{0K8
template < typename T > {XY3Xo
T & operator ()( const T & r) const )na&"bJ
{ NGzgLSm\
return (T & )r; ))#'4
} TYS\95<
} ; gtU1'p"
kl7A^0Qrz
这样的话assignment也必须相应改动: M=!i>(yG
s3t!<9[m
template < typename Left, typename Right > Q}vbm4)[
class assignment 'w<BJTQIL
{ jp<VK<s]
Left l; XF,<i1ZlM
Right r; |"k&fkS$
public : `7Ug/R<
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} x!{
template < typename T2 > crmUrF#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } hb^!LtF#Y
} ; >q( 5ir
%]4-{%v
同时,holder的operator=也需要改动: \ElX~$fS
O]=C#E{
template < typename T > Y(i?M~3\t
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const r'aY2n^O
{ UVX"fZ)
return assignment < holder, T > ( * this , t);
IsYP0(L
} 3B9nP._
*3Nn +T
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。 E&2tBrAq
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 3]}'TA`v
L7q | ^`
return l(rhs) = r; }5gr5g\OtP
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。 _vrWj<wyf
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: gbGTG(:1S
'V!kL,
9ES
template < typename Tp > xb^Mo.\[
class constant_t WcGXp$M
{ =7jEz+w#
const Tp t; l1-HO
public : qi=3L
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} !Yh}H<w0
template < typename T > pCt}66k}
const Tp & operator ()( const T & r) const #)74X%4(
{
(K
#A
return t;
f!g<3X{=
} rihlae5Kz
} ; tV`&-H
`SOhG?Zo
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 LM1b I4
下面就可以修改holder的operator=了 'j79GC0
DP>mNE
template < typename T > k&GHu0z
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const a!t
V6H
{ *T4ge|zUc
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); nFXAF!,jj
} epVH.u%
YNM\pX'
同时也要修改assignment的operator() @d)a~[pm
oh&Y<d0
template < typename T2 > XZO<dhZX:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } .cR*P<3O
现在代码看起来就很一致了。 60PYCqWc
< l[`"0
六. 问题2:链式操作 V\zsDP
现在让我们来看看如何处理链式操作。 `^%GN8d}nm
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 "6V_/u5M;=
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 lG]GlgSs
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 WEC-<fN|Y\
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct |h,FUj<r
Ekf2NT
template < typename T > ;D&wh
struct result_1 M[,^KJ!
{ ~&~C#yjg1
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; FOp_[rR
} ; 2u&c
&G
tc/ jY]'32
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: dofR)"<p,^
=eYO;l
y3
template < typename T > l$`G:%qHj
struct ref :yD@5)
{ `Kp}s<
typedef T & reference; s5.k|!K
} ; Wf1-"Q
template < typename T > -s~p}CQ.
struct ref < T &> <4NQL*|>
{ R6Pz#`n
typedef T & reference; bX{PSjD
} ; ^'Zh;WjI7
SRk7gfP*q
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: s}!"a8hU`
*2:Yf7rvI+
template < typename T > *]9XDc]{j1
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const WFdem/\kX
{ Prt#L8
return l(t) = r(t); /O"0L/hc^
} gT7I9 (x!W
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。 $y4M#yv
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 JOHp?3 "4
CU !.!cZ{
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 fW[.r== Kf
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: EQ~I'#m7
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 8 )`5P\
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 qid1b
b
最后的布局是: "2K|#,%N
Add V,'FlU
/ \ %>NRna
Divide 5 EM~7#Y
/ \ B2"+Hwbk
_1 3 GD/nR4$
似乎一切都解决了?不。 iy9VruT<