一. 什么是Lambda H&X:!xa5
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 F>dwL bnb
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, :N@U[Wx0A
%bP~wl~
`c"4PU^
Yb[n{.%/g
class filler d/{Q
t
{ \=!H 2M
public : 5`{vE4A]q
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} )O3jQ_q=
} ; mG)8U{L
b~_B
[cf
4:vTxNs&S
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: $!G` D=
]@X{dc
Xb}!0k/{
qy_%~c87
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); o+<29o
upypxC
<jeh`g
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 XOrcygb2
XRa(sXA3
pW\z\o/2
-bypuMQ-p
二. 战前分析 *URdd,){i
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 eZg$AOpU
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 EeCFII
iTh
xVD
H]s4% 9T
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); #?9Q{0e
/* --------------------------------------------- */ <uZPqi||
vector < int *> vp( 10 ); !@u&{"{`
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); a3q\<"|
/* --------------------------------------------- */ ,"Tjpdf
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); y%4 Gp
/* --------------------------------------------- */ RqXi1<6j#
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ]pnYvXf>!
/* --------------------------------------------- */ v~"Ef_`
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); |rMq;Rgu?
/* --------------------------------------------- */ n)#Lh
7X"
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); @\)fzubu
!k,<|8(0
R<_?W#$j
vMhYpt?7\
看了之后,我们可以思考一些问题: :BZMnCfA
1._1, _2是什么? R2w`Y5#`
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Ikj=`,a2B
2._1 = 1是在做什么? iZQ\
m0Zc
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 mDfwn7f
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ~%s}S
QY@u}&m%o
LM:)j:gS6
三. 动工 d$K=c1
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: I"1CgKYK^+
XA1f' Kk
JA`H@qE
f&ytK
template < typename T > =}v ;1m
class assignment h*s`^W3
{ :uo[&&c
T value; EKuSnlTXba
public : %[`a
assignment( const T & v) : value(v) {} 3_W{T@T
template < typename T2 > ]>D)#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ~:[!Uyp0b
} ; Seda }
:a.0hes
$n-Af0tK
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 @9 )}cg
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment mb\h^cKaq
]#zZWg
zv
e .l!3xY2'
F$Q04Qw
class holder RN[]Jt#6
{ 4T`&Sl
public : }c%
pH{HI
template < typename T > +8AvTSgX%
assignment < T > operator = ( const T & t) const \D?:J3H*]
{ ~*}$>@f{[X
return assignment < T > (t); #~k[ 6YR 0
} \iru7'S
} ; :)IV!_>'d
(a.1M8v+Sg
)eYDQA>J
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ewnfeg1
rbyY8
bX
static holder _1; "MnSJ2
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 /v#)f-N%zs
h^oH^moq<
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); #.ct5
而不用手动写一个函数对象。 } ptMjT{9
LjaGyj>)
UTCzHh1
q[d)e6
四. 问题分析 _D,eyP9P
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 +xp]:h|
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 y-B=W]E
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 *C6 D3y
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 51 b y
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ~W03{9(Vp8
6|!NLwa
五. 问题1:一致性 {38\vX,I(w
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| XE rUS80
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ?Elg?)os
e1/sqXWo
struct holder n ~,tQV
{ +E5=$`
// h*w6/ZL1
template < typename T > T3N"CUk
T & operator ()( const T & r) const zO~9zlik
{ +e P.s_t
return (T & )r; por/^=e{Y
} qX#MV>1
} ; s_ bR]G
dqc1q:k?$
这样的话assignment也必须相应改动: w?LrJ37u
*:hyY!x
template < typename Left, typename Right > `rb>K
class assignment 4(cJ^]wb ^
{ g"hJ{{<
Left l; vl:J40Kfn
Right r; 'bu )M1OLi
public : >t <pFh
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} &@v<nO-
template < typename T2 > t'1Y@e
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } O#eZ<hNV
} ; 9V
0}d2d
N|:'XwL
同时,holder的operator=也需要改动: 0CAa^Q^w
qp p/8M
template < typename T > $t/rOo9cV
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 9&Ne+MY^%
{ d]wD[]
return assignment < holder, T > ( * this , t); 86qI
} PmX2[7
'#\1uXM1U?
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。 h<6UC%'ac
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 2/7_;_#vJ%
h7yqk4'Lq
return l(rhs) = r; Ev9> @~^
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。 }-DE`c
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: izZ=d5+K
D'_Bz8H!p
template < typename Tp > h|;qG)f^
class constant_t {i [y9
{ %.HJK
const Tp t; ~DF:lqwWP
public : TNwKda+
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} gTf|^?vd
template < typename T > oPQtGl p
const Tp & operator ()( const T & r) const @T-p2#&
{ `>lzlEhKV
return t; ,0N94pKy
} +T{'V^
} ; </"4 zD|
$_;e>*+x
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 )?aaBaN$
下面就可以修改holder的operator=了 C$yq\C+I
1zxq^BI
template < typename T > Uh6 '$0
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 1B=>_3_
{ O;9?(:_
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ExBUpDQc
} u1^wDc*xg
{QAv~S>4
同时也要修改assignment的operator() mpw~hW0-
ZWUP^V
template < typename T2 > ^jE8+h
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } W"q@Qa`Bm
现在代码看起来就很一致了。 ^K(^I*q
pB:$lS
六. 问题2:链式操作 OO) ~HV4\
现在让我们来看看如何处理链式操作。 p#P~Q/;
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。 #Pk$L+C
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。 YDJ4c;37
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。 nIk$7rGLB
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct V$`Gwr]|n
U(>4s]O6
template < typename T > 6IcNZ!j98
struct result_1 cre;P5^E
{ *e>]~Z,
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 7[#yu 2
} ; A^ \.Z4=d"
4u;9J*r4
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: Kv&g5&N,
YIRZ+H<Q
template < typename T > (N-RIk73/O
struct ref 13k
!'P
{ !^oV #
typedef T & reference; g|X ;ahTT
} ; friWW^
template < typename T > 1c4/}3*
struct ref < T &> k%c{ETdE
{ dUrElXbXd
typedef T & reference; ;|T!#@j
} ; &)d$t'7p
BR`ygrfe
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: f|7\DeY9U
ZUm?*.g\^
template < typename T > 9m2, qr|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const M9\#Aq&\i
{ }|OaL*|u
return l(t) = r(t); '@|_OmcY
} 1$/MrPT(b
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。 &F
*'B|n
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 zE T^T5>:
B(g_Gm<
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 Q#I"_G&{
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: %M
F;`; 1
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 K7knK
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 fEf_F
r
最后的布局是: \W5O&G-C
Add JCx
WWre
/ \ } p
FQRSOZ
Divide 5 .T<=z
/ \ 3981ie
_1 3 {6;9b-a]
似乎一切都解决了?不。 `_I@i]i^
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。 QfM zF
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。 OVzt\V*+%W
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: e~%
;K4
!)"%),>}o
template < typename Right > RcG0 8p.)
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const -H^oXeN
Right & rt) const E907fX[R~
{ Ix@&$!'k
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); e1(Q(3
}
/-_=nf}w
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 x5`br.b
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。 H`bSYjgM!
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。 K%<j=c
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。 g6@Fp7T
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。 c .3ZXqpI;
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? G@FI0\t
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: oBQ#eW aY
$E<Esf$
template < class Action > fqX"Lus `=
class picker : public Action y.5/?{GL
{ 00I}o%akO
public : Ars687WB
picker( const Action & act) : Action(act) {} s4Sd>D7
// all the operator overloaded ^'CPM6J
} ; Xp\/YJOibd
<?-YTY|
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。 w{[=l6L m
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: 4%4avEa"w
(fNUj4[
template < typename Right > 1_fZm+oW!
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ;{i'#rn{
{ 0nn okN^
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); YBYZ=,"d
} K8n4oz#z
t*z~5_/
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 'E/*d2CDM(
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。 0iULCK
Y$N)^=7
template < typename T > struct picker_maker ^4r73ak/):
{ B]m@:|Q
typedef picker < constant_t < T > > result; 4c
oJRqf=
} ; 0&qr
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > GoA4f3
{ yKYUsp
typedef picker < T > result; rG#Z=*b%
} ; Nx{$}
ju}fL<