一. 什么是Lambda mb`h
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 TPx`qyW
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, cxQ %tL+S&
XFWE^*e=B
^[R/W VNk
Rt,po
class filler 3-AOB3](
{ H6 ,bpjY
public : ) iV^rLwL
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} KXz7l\1Gb
} ; 7Ou]!AOhG
[OPF3W3z
-1hCi!
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: 45BpZ~-
'ahz@+lO
vz3olHX
A:4&XRYZY
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ?ecR9X k
~("bpS#ZgD
-ert42fN
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 XL44pE
m
`c^">L
[uJS.`b
)x?)v#k
二. 战前分析 =/xx:D/
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。 mm*nXJ
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 `tuGy}S2
U)iBeYW:
,ExY.'%1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 );
0,&] 2YJ
/* --------------------------------------------- */ Jq"3xj
vector < int *> vp( 10 ); !K2QD[x
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); xEq? [M
/* --------------------------------------------- */ O` !XW8
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ml)\R L
/* --------------------------------------------- */ #N|JC d_
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ,*\s
/* --------------------------------------------- */ TtWzjt
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); o:*$G~. k
/* --------------------------------------------- */ V@y&n1?6
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); (+xT5 2
jUZ$vyT
X,lhVT
|
t+pA9^$[`
看了之后,我们可以思考一些问题: `WMU'ezF
1._1, _2是什么? NU'2QSU8
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 \R-'<kN.*
2._1 = 1是在做什么? JSylQ201
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 {md5G$*%
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。 MLiaCG;
hhWy-fP#
\QG2V$
三. 动工 }G^'y8U
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: -s)h
?D
wSM(!:on5
?I+$KjE+
6Hy_7\$(-
template < typename T > 0"GLgj:9
class assignment $Fi1Bv)
{ b?!S$S xz
T value; S{)K_x
public : <gFisc/#r
assignment( const T & v) : value(v) {} &Cm]*$?
template < typename T2 > "&`>+Yw
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } u(hJyo}
} ; 1`s^r+11:
6Z=Qs=q
e_l|32#/
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 7hLh}
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment >o3R~ [
4MzPm~Ct
}}rp/16
j0Cj&x%qF}
class holder tv~Y5e&8
{ oxUBlye
public : r=7!S8'
template < typename T > 3xdJ<Lrq
assignment < T > operator = ( const T & t) const Q Wc^}#!!
{ $-jj%kS
return assignment < T > (t); DvLwX1(l
} qu'D"0
} ; bI(8Um6m
<$Sl%DoS
O.\\)8xA
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: 4#:Eq=(W
Jk7 Am-.0
static holder _1; MZWv#;.]
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <c<!|<x
mH\2XG8nV
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); B~@Gfb>`'
而不用手动写一个函数对象。 .A_R6~::
@SaxM4
;n|%W,b-
&m\Uc
四. 问题分析 =&Tuh}
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。 "(dI/}
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。 8GjETq%}
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 .RAyi>\e
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ]n"U])pJd
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ( *K)D$y
b5KK0Jjk
五. 问题1:一致性 to1r
88X
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| *WFd[cKE
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 L`wr~E2u
lOe|]pQ.,
struct holder P*U^,Jh<
{ IGlyx'\_
// Y" rODk1
template < typename T > jT F"
T & operator ()( const T & r) const nZ#u#V
{
3Z`
wU
return (T & )r; voTP,R[}85
} [f[Wz{Q#Y
} ; M"qS#*{
iTT%_-X-
这样的话assignment也必须相应改动: %""h:1/S
OjG`s-91&
template < typename Left, typename Right > } *C
class assignment ^-|~c`&}B
{ >,_0Mem2Rr
Left l; 8$Zwk7 w8A
Right r; m~P30)
public : =w"Kkj>%oh
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} /;[x3}[
template < typename T2 > c^puz2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } <%rm?;PBl
} ; G$QN_h,}
Ho[]03
同时,holder的operator=也需要改动: UlNV%34"
mI:^lp
template < typename T > R7!v=X]i
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ?2\oi*$
{ Qgv g*KX
return assignment < holder, T > ( * this , t); z}7}D !
} hn/yX|4c(
&@BAVc z
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。 Ai^0{kF6
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 JL{fW>5y|
Q"c/]Sk)
return l(rhs) = r; \i}-Y[Dg
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。 3 p?nQ
O)L
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: C+%eT&OO
[?qzMFb
template < typename Tp > [kckE-y
class constant_t ^K_FGE0ec
{ h;y}g/HZ
const Tp t; ]l +<-
public : v"mZy,u
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} &5z9C=]e
template < typename T > 6X?:mn'%QF
const Tp & operator ()( const T & r) const ![fNlG!r
{ /` nkz
return t; ]sE)-8
} @3=q9ftm
} ; yJ ljCu)f
SyT{k\[
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 P>_9>k@;Q
下面就可以修改holder的operator=了 1w7XM0SHcn
b?lRada{I
template < typename T > N7
hl M
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const \7#w@3*
{ d<HO~+9
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); jAv3qMQA
} HvKdV`bz
R?/xH=u>
同时也要修改assignment的operator() Hvy$DX|p
B9KBq$e
template < typename T2 > o2hZ=+w>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 7'Hh^0<
现在代码看起来就很一致了。 #b:YY^{g_
gu~R4@3
六. 问题2:链式操作 B.;@i;7L
现在让我们来看看如何处理链式操作。 3^-R_
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。 P/^@t+KC
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。 6BEpnw>p(
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。 R$A%Zh6
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct W=LJhCpRHj
yHlQKI
template < typename T > 11Qi
_T\
struct result_1 pzUr9
{ 9ZatlI,
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; G51-CLM,
} ; 7/k7V)
/"m#mhL
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ?z6K/'?
|cp_V
template < typename T > a#[gNT~[
struct ref BafNFPc
{ 2QEH!)lvr
typedef T & reference; |%fNLUJ)
} ; *A8Et5HAv
template < typename T > +RR6gAma}<
struct ref < T &> :RJo#ape
{ j6$@vA)
typedef T & reference; _3wK: T{:
} ; b`j9}tZ
T<b*=i
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: yJO Jw o^
$cwmfF2C
template < typename T > !$ii*}
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const =h
+SZXe<r
{ }Qe(6'l_
return l(t) = r(t); A:2CP&*
} XqhrQU|wM
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。 P>)J:.tr0
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 r!eW]M
(: kn)
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 Iw)m9h
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: A-_M=\
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 T /IX(b'<
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 H"k\(SPVS
最后的布局是: 4g}r+!T
Add 92.Rjz;=9?
/ \ eT5IL(mH
Divide 5 H\ E%.QIx
/ \ v<)&JlR
_1 3 C.LAr~P
似乎一切都解决了?不。 M5d EZ
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。 -MsL>F.]
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。 *B{]
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: 0T#z"l<L
,_w}\'?L
template < typename Right > ;;XY&