一. 什么是Lambda TZ#(G
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 7&oT}Z
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, ~*:{U
nnr
g^F
R@*mMWW,
Ky"]L~8$
class filler * V;L|c
{ 1, 5"sQ$
public : Vl=!^T}l+
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} p4l^b[p
} ; YrlOvXW
"^sh:{
6z;C~_BV
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: <dzfD;
CeL`T:]r
tBR"sBiws
V>"nAh]}.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ;. jnRPo";
80qSPitj
y X%q7ex
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 >q W_%
IE/F =Wr
$|J16tW
tJ:]ne
二. 战前分析 ey 'x3s_
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。 <cC 0l-=
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 P .I<.e
lw/zgR#|
,-!h
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); y b 7
/* --------------------------------------------- */ fL3Px
vector < int *> vp( 10 ); &8kc0Z@y
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); -1\*}m%1e
/* --------------------------------------------- */ : ?K}.Kb
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); SePPI.n
/* --------------------------------------------- */ ryhme\%l;f
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ;%-f>'KhI7
/* --------------------------------------------- */ 66A}5b4)]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); _<;;CI3w
/* --------------------------------------------- */ eN*=wOh
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); cJb.@8^J
8:W,""
)8BGN'jyi
m}t.E
看了之后,我们可以思考一些问题: |jh&a+4W
1._1, _2是什么? 4k}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。 UNx|+
2._1 = 1是在做什么? .I~#o$6
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ZkbaUIQ
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 Gk"o/]Sf
7d9kr?3(U
&G#LQl
三. 动工 3Z,J&d`[
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: T6T3:DG_B
px|y_.DB2x
6??o(ziK$
d4y?2p ?3
template < typename T > 5U%J,W
class assignment E
cS+/
{ q?R)9E$h
T value; N?Wx-pK
public : X<pg^Y0
assignment( const T & v) : value(v) {} >[,ywRJ#_}
template < typename T2 > nIRJ5|G(
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } rE:"8d}z
} ; h$F.(N IYe
zDEX `~c
J<p.J3I
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 M:%6$``
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 2Fi~GY_
4r'QP .h
7'c ;$~
+I>u${sVx*
class holder <K^{36h
{ HC%tJ:G
public : hxwo<wEg
template < typename T > RK7vR~kf<
assignment < T > operator = ( const T & t) const wjJM\BKr`
{ wR7Ja
cKv
return assignment < T > (t); C*+gQeK
} }}R?pU_
} ; )@vhqVv?
H2f!c{t$p
=[N=mC
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: P}YtT3.K
2kP0//
static holder _1; y.xt7
F1
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 R?%J
1z .
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); O9+Dd%_KS#
而不用手动写一个函数对象。 h8nJt>h
*wH.]$
A*1-2
/G{;?R
四. 问题分析 #hp7@ Tu
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。 {}sF?wZf
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。 gD13(G98
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 <7U\@si4
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 2)iwAu
下面我们可以对这几个问题进行分析。 \&{a/e2:S
M2pe*z
五. 问题1:一致性 J$aE:g6'
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| SG5GJCkc
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 [`F}<L."
4AIo,{(
struct holder 5%qq#;[n
{ {D6p?TL+
// 9.:]eL
template < typename T > n@TK}?\UoR
T & operator ()( const T & r) const Su4&qY
{ )bd)noZi
return (T & )r; QR ?JN\%?
} nrhzNW>]
} ; \?$`dA [
bvay7
这样的话assignment也必须相应改动: uW%(ySbq
l i @:
template < typename Left, typename Right > }?\8%hK"a7
class assignment gwA+%]
{ EZ"n3#/
Left l; @5["L
Right r; 3R}O3#lj,
public : F@%`(/^TA
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} .83{NF
template < typename T2 > -ho%9LW%|
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 8[k:FGp>
} ; OV"uIY[%8V
$fzO:br5WJ
同时,holder的operator=也需要改动: rexNsKRK_
@QN(ouq Q
template < typename T > A_y]6~Mu?~
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Nf]h8d~
{ [$Dzf<0
return assignment < holder, T > ( * this , t); /e:kBjysJ
} |]Eli%mNe
F3?PlH:Y
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。 kS7`g A
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 QX`T-)T e
nxjP4d>
return l(rhs) = r; TQ,KPf$0U
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 S"@/F-
81
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: >1$vG
:Rroz]*
template < typename Tp > 2Y7u M;8
class constant_t N|rB~
{ b2tUJ2p
const Tp t; ppP0W`p
public : HM]mOmL90N
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} R PB%6z$
template < typename T > {f(RY j
const Tp & operator ()( const T & r) const R<)^--n
{ 7'g{:dzS*3
return t; :~{Nf-y0`1
} Q,m&XpZ
} ; J#*%r)
<2V:tj)?P
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 MQY}}a-oug
下面就可以修改holder的operator=了 xXRlQ|84
ng{"W|
template < typename T > Z1y=L$t8
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const .N>Th/K8
{ vTl7x
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); W\pO`FL
} m<e_Z~ ^G
Xl %ax!/
同时也要修改assignment的operator() ?'IY0^
c-y`Hm2"
template < typename T2 > '@{Mq%`
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } BY5ODc$
现在代码看起来就很一致了。 {8pN]=SaJ~
&cSZ?0R
六. 问题2:链式操作 RYyM;<9F
现在让我们来看看如何处理链式操作。 69?wZfj'
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。 I^l\<1"]
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。 9 S4bg7
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。 $X_A74(
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 2X,`t%o
KNG7$icG
template < typename T > t)l
struct result_1 IZs NMY
{ T^DJ/uhd
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result;
TY`t3
} ; E;bv;RUio
*A([1l&]i
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: wj2z?0}o
mHF?t.y
template < typename T > /Y`u4G()
struct ref %F}i2!\<L
{ l<)k`lrMX4
typedef T & reference; od-yVE&
} ; hd1aNaF-
template < typename T > l2ARM3"
struct ref < T &> skP'- ^F~
{ "j/jhe6
typedef T & reference; j[${h,p?
} ; KQTv5|$?
H7{I[>:
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: $]<wQH/?_
XM57 UG
template < typename T > IBz)3gj J
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const sXwa`_{
{ F#)@ c
return l(t) = r(t); E<[Y KY
} E}g)q;0v|2
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 Q;?rqi
,
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Ih<.2
_$P1N^}Zs
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 n+57# pS7
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: NHQi_U
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象
rK[;wD<
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 &7r73~TXm
最后的布局是: Bp-e< :
Add dT7!+)s5-
/ \
hEq-)-^G
Divide 5 5ENEx
/ \ ~X<?&;6
_1 3 FWW*f
_L
似乎一切都解决了?不。 d]K$0HY
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。 uH |:gF^
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。 P?hB`5X
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: %W^Zob
?k^~qlye
template < typename Right > b8LA|#]i
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ML.|\:r*
Right & rt) const Nj{;
{ oTg
'N
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); k] A(nr
} ,Bs/.htQj
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 )I"I[jDw
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。 PYiO l
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。 abw5Gz@Ag
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。 T|-llhJ8
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。 )lU9\"?o
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? @^.o8+Pp
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: DN;|?oNZ
WOQ>]Z
template < class Action > E?FUr?-[
class picker : public Action TPn#cIPG
{ PsM8J
public : cAq5vAqmg
picker( const Action & act) : Action(act) {} & zv!cf
// all the operator overloaded ?4#UW7I
} ; srhI%Zj
dVSQG947i:
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。 P9)L1l<3I
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: ue*o>iohB
H 3so&_
template < typename Right > $;rvKco)%
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const W[:CCCDL
{ c{j)beaS
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); uann'ho?q
} *!9=?
L=dQ,yA
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ^<3{0g-"AW
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。 2B"tT"f
*j<{3$6Ii
template < typename T > struct picker_maker +ryB*nT
{ M'VJE|+t
typedef picker < constant_t < T > > result; Z^Yy
sf
} ; Xp9 ]
9H.
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > WWTRB +1>
{ z.^_;Vql_
typedef picker < T > result; f!F5d1N
} ; 1\J9QZX0
i>KgkRZL#
下面总的结构就有了: P#}vi$dZ
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。 <}G/x*N
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。 rv c%[HfW;
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 1DlXsup&?#
至此链式操作完美实现。 vX_;Y#uD
?R_fg
UrO&K]Z
七. 问题3 S`Z[MNY
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。 :j? MEeu
6xFchdMG{m
template < typename T1, typename T2 > *z};&UsF{
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const I|wC`VgB
{ k t
|j]:
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); `A#0If
} N' CWSf.e
' e %>Ip
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: tRo` @eEX
{Ve3EYYm
template < typename T1, typename T2 > 'e_e*.z3
struct result_2 4X!4S6JfB
{ tt|P-p-
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; -qBdcbi|x)
} ; -s0\ 4
> Edsanx
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? 86>@.:d
这个差事就留给了holder自己。 2f1Q&S
r4d#;S9{o
y
t7 >,
template < int Order > M9G?^mW1sT
class holder; 4 !m'9
template <> 4I9Yr
class holder < 1 > $y{.fj y3
{ ;p7R~17
public : S$gLL kD1
template < typename T > =!)x`1j!S
struct result_1 ?dXAHY
{ BF 0#G2`h>
typedef T & result; (b.4&P"0
} ; UCj:]!P
template < typename T1, typename T2 > putRc??o;
struct result_2 ui-]%~
{ ^CgN>-xZ?#
typedef T1 & result; ttls.~DG
} ; wp83E,
template < typename T > i(;.Y
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 6uTC2ka[&R
{ U2LD_-HZ
return (T & )r; rGrR;
} V`9*_8Dx2
template < typename T1, typename T2 > fhyoSRLR:
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const j7$xHnV4
{ QNXoAx%I
return (T1 & )r1; _.E{>IFw
} AxeQv'e
} ; 6"NtVfui
X(BX+)YR
template <> eeBW~_W
class holder < 2 > gW<4E=fl
{ RF;[:[*W
public : WX]O1Y
template < typename T > EdTL]Xk
struct result_1 olr-oi`4C
{ Mp=T;Nz
typedef T & result; |!/+T^u
} ; ^cE {Uv
template < typename T1, typename T2 > E;9J7Q
4
struct result_2 VLVDi>0i
{ JLz32 %-M
typedef T2 & result; a:OM I
} ; /r2S1"(q
template < typename T > ZpMv16
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const "?kDR1=7A
{ lr[T+nQ
return (T & )r; 9_4(}|"N|
} :pNS$g[
template < typename T1, typename T2 > cucmn*o?
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const V7`vLs-
{ sAPQbTSM
return (T2 & )r2; RNQq"c\
} :I2,
} ; F=a
A,xPA
5%4yUd#b
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> >。 ,CN(;z)
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: m`):= ^nC
首先 assignment::operator(int, int)被调用: .5AFAGv_c
+FAxqCkA
return l(i, j) = r(i, j); nLmF5.&
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) o4OB xHKy
*]}F=dtR k
return ( int & )i; @2mWNYHR*>
return ( int & )j; rA^=;?7Q
最后执行i = j;
?6>*mdpl
可见,参数被正确的选择了。 +>%51#2.Q
8'_MCx(
;(jL`L F
}K`KoM
q317~z_nl
八. 中期总结 M,X)rM}Q
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: }_F:]lI*R
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 hW9!
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 &