一. 什么是Lambda KG8:F].u(
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 C71\9K*X
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, 6qAs$[
SuorCp]
Hi V7
qj$6/V|D
class filler m+3U[KKvG
{ zQPQP`
public : Py}] {?
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} f`^\v
} ; |ORro
r}
J~"h&>T
oZ
CvEVUk
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: "}91wfG9
@)iAV1r"
()[j<KX{.
:3oLGiL
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); $N@EH;{_0
~a5-xWEZ
o?T01t=
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 z8n=\xL
L5wrc4
T^b62j'b5_
PF6w'T 5
二. 战前分析 ZvSWIQ6
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。 Vm_<eyI2
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 ` D9sEt_/
B '@a36
{Xj2c]A1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); EKr#i}(x<
/* --------------------------------------------- */ FF} A_ZFY
vector < int *> vp( 10 ); j1Ng[
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); \H6[6*JuB
/* --------------------------------------------- */ CLn}BxgD
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); K0YUN^St
/* --------------------------------------------- */ px7<;(I
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 4fuKpLA
/* --------------------------------------------- */ 7UV hyrl
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Iz^lED
/* --------------------------------------------- */ &a/F"?9jL
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); qhIO7h
2A,iY}R
U"0Ts!CABA
ytsPk2@WR
看了之后,我们可以思考一些问题: SniKCqmC]
1._1, _2是什么? !+F6Bf
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。 Bkq3-rX\
2._1 = 1是在做什么? ea\b7a*
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。 |o5F%1o
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。 ~"IjT'W3
xklXV
u djahI<{
三. 动工 })Pq!u:3
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Y+[Z,
reU*apZ/
#JLxM/5^1~
GELxS!
template < typename T > mqIcc'6f
class assignment b+6%Mu}o
{ 0=,vdT
T value; AVR=\ qR
public : FlqE!6[[
assignment( const T & v) : value(v) {} #&oL iz=hZ
template < typename T2 > -weCdTY`X
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } pT=YV
k
} ; G\I DgPj`
s/"l ?d
kZfUwF:yN
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 bVbh| AA
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment [=otgVteN"
|Nfi y
.=u8`,sO
sC ^9
class holder jQ 'r};;
{ !K0:0:
public : zHT22o56X
template < typename T > GK>. R<[
assignment < T > operator = ( const T & t) const iW\Q>~0#_
{ kzUP
return assignment < T > (t); K9@F1ccQ/
} ~\C.Nm
} ; ^rP`
.Z
g6wL\g{29
4|EV`t}EV
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: eX1<zzd
Px$4.b[{_Y
static holder _1; fzhCV
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <,Z6=M`
"F.0(<4)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); YR\pt8(z?
而不用手动写一个函数对象。 ?[`*z?}
WF!u2E+
([+u U!
j1sZRl)D
四. 问题分析 ar#Xe;T!
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 U,_jb}$Sq7
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。 .0gF&>I}
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 555*IT3b
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Q^_*&},V
下面我们可以对这几个问题进行分析。 QUSyVp{$
o;#9$j7QP!
五. 问题1:一致性 $!Pm*s
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| G[[hC[}I
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 i`F8kg`_K
#$ Q2ijT0
struct holder -76l*=|
{ ='p&T|&
// UmC_C[/n?
template < typename T > 2VY.#9vl
T & operator ()( const T & r) const :hA=(iz
{ |hlc#t?
return (T & )r; ];n3H~2
} 7[)IP:I>
} ; R54wNm@
Q9!T@
这样的话assignment也必须相应改动: ]l~TI8gC
S{sJX5R;
template < typename Left, typename Right > -#e3aXe
class assignment $^ wqoW%t
{ "G+g(?N]j
Left l; qVpV ZH!
Right r; F"?OLV1B&
public : R}S@u@mOE
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} MzWVsV
template < typename T2 > ^@"EI|fsP
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } G';yb^DB
} ; X5V8w4NN
>&mNC\PA
同时,holder的operator=也需要改动: =jWcD{;1I}
63EwV p/|
template < typename T > ?mRGFS
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const I1Jo 8s
{ 42{\u 08Z
return assignment < holder, T > ( * this , t); LZ?z5U:
} *G6Py,- !f
.*3.47O
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。 }K8W%h<3S
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Wvg+5Q
`ecIy_O3P&
return l(rhs) = r; 2D"n#O`y
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。 {[<o)k .A
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: bJ$6[H-:
oXQzCjX_
template < typename Tp > R'#1|eWCa
class constant_t wTu_Am
{ ?aMV{H*Q*
const Tp t; hS?pc<~`#
public : GO|1O|?
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Uzx,aYo X
template < typename T > #2XX [d%
const Tp & operator ()( const T & r) const YoT<]'
{ d[p-zn.
return t;
49gm=XPm
} 8~~*/oCoJt
} ; 9Ez>srH(
e)#O-y
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 `~0^fSww
下面就可以修改holder的operator=了 3t*e|Ih&j5
#%=6DHsK
template < typename T > &"h 9Awn2
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ,k,RXgQ
{ _yu d
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); =tS1|_
} 0pC}+
+
C'_^DPzj
同时也要修改assignment的operator() V\!6K
qt.G_fOz
template < typename T2 > NQFMExg,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ,bLHkBK
现在代码看起来就很一致了。 aR2Vvo
T&ECGF;Y/
六. 问题2:链式操作 nz?jNdyz
现在让我们来看看如何处理链式操作。 8n[6BF);
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 MHm=X8eg
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 -F-RWs{yS
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ~$bkWb*RJ
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 0# )I:5
r}9a31i
template < typename T > swfcA\7R
struct result_1 3Y
L
{ Hju7gP=y}
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; us_o{
} ; U@6bH@v5
Ji#"PE/Pt
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: \h#,qTE
XVlZ:kz
template < typename T > kwcH$w<I
struct ref "\n,vNk
{ (F<VcB
typedef T & reference; aT]G&bR?
} ; ib3u:
template < typename T > CSA.6uIT
struct ref < T &> :nt 7jm,
{ YV6@SXy
typedef T & reference; "<e<0::
} ; E!,+#%O>
B5nzkJV<X
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ptCFW_UV
/^F_~.u{
template < typename T > hZ#ydI|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const N`G*
h^YQ
{ pZYcCc>6&
return l(t) = r(t); d-W@/J
} T;4& ^5n
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 i>]1E^yF
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 =&5^[:ksB
|qn`z-
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 aZk/\&=6
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: &pL.hM^
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 t,YnweH
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 cJ}J4?
最后的布局是: -=tf)
Add o!\Q,
/ \ ')bas#=uP
Divide 5 HFtl4P
/ \ ="k9
y
_1 3 =J2cX`
似乎一切都解决了?不。 J$]-)`[G&
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。 XL`*Tbx
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。 4P>[]~S
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: zQ&k$l9
Eeumi#$Z
template < typename Right > #[Z1W8e
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const sQ)D.9\~
Right & rt) const \z~wm&
{ v>p UVM
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); L,(H(GeX
} B8f BX!u/
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 5$<\
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 sDylSYq
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 (}1:]D{)@V
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 :RxWHh3O
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 S
.KZ)
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? r
I-A)b4
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: \$g,Hgp/<
[SJ)4e|)
template < class Action > i;CVgdQ8
class picker : public Action lBYc(cr
{ H}nPaw]G
public : F+c4v A})
picker( const Action & act) : Action(act) {} H*gX90{!2
// all the operator overloaded 3ih3O
} ; _3;vir%)
:EkhF6B/
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 cE|Z=}4I7
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 2 SJN;A~}
*-zOQ=Y
template < typename Right > 0xSWoz[i6~
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const rryC^Vma
{ 2!}:h5
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); /"f4aF[
} qwERy{]Sp;
S4salpz
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 'l&),]|$)
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。 &e-MOM2&
#Yqj27&
template < typename T > struct picker_maker .# Jusd
{ 5>S<9A|Q
typedef picker < constant_t < T > > result; aw3 oG?3I
} ; &f;<[_QI=
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > RTLA*
{ >" z$p@7
typedef picker < T > result; daX$=n
} ; bg =<) s
PQ#zF&gL9t
下面总的结构就有了: snH9@!cG8
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。 77]6_
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。 HW@r1[Y
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 )Rlh[Y& r
至此链式操作完美实现。 iE}Lw&x
"u H VX|`
jNC@b>E?~
七. 问题3 ~8j4IO(
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。 .#4;em%7
=B/Ac0Y
template < typename T1, typename T2 > c9
&LKJ6
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ac2G;}B|
{ _wY<8 F*
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); >k)zd-
} fx"~WeVcO
BJL*Dihm[
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: W/\M9
Jn+k$'6%#
template < typename T1, typename T2 > -J`VXG:M
struct result_2 t=6[FK
{ KkCA*GS
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; T2%{pcdV/
} ; #guq/g$
$#HPwmd
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? N!TC}#}l
这个差事就留给了holder自己。 88}=VS
8M_p'AR\,y
u> @Yoyc
template < int Order > KiaQ^[/q
class holder; [8Yoz1(smA
template <> z5UY0>+VdS
class holder < 1 > g?mfpw Zj
{ 6]mFw{6qn1
public : *=KX0%3
template < typename T > NCKhrDd&
struct result_1 xc&&UKd
{ $ lC*q
typedef T & result; H;=JqD8`
} ; p_Yx"nO7
template < typename T1, typename T2 > `nvm>u~[Hq
struct result_2 &y~~Z [.F,
{ &l