一. 什么是Lambda YNk|+A.<d
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ]Z/R!y?l"G
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, "9ue76
@+:4J_N
gvGi%gq
c_Tzyh7l4
class filler MUB37
{ r^Y~mq
public : O k*Z
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} >T QZk4$
} ; HitAc8
GkciA{
+aj^Cs1$
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: i5VG2S
06jMj26!
GQ[pG{_+
uOre,AQR
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); V~[:*WOX
kZv*rWAm
9ad6uTc
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 C.(
yd$,
f1J%]g!
r6MB"4xd
V_f`0\[x
二. 战前分析 R1/q3x
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。 GG+5/hU
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 m!:.>y
-bm,:Iy!
v8~YR'T0`V
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ]L8q
/* --------------------------------------------- */ ssA7Dx:
vector < int *> vp( 10 ); x W\,KSK
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); p-Pz=Cx-
/* --------------------------------------------- */ rREzM)GA
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); /BKtw8
/* --------------------------------------------- */ ]4o?BkL
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); oq. r\r
/* --------------------------------------------- */ ??(Kwtx{
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); qv uxhz F
/* --------------------------------------------- */ &[~[~m|
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); `.8UKSH+
V^2-_V]8
\K}aQKB/j
8YKQItK
看了之后,我们可以思考一些问题: ~#Aa Ldq
1._1, _2是什么? B2(,~^39
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。 b2s~%}T
2._1 = 1是在做什么? s7"i.A
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。 Z/7dg-$?'0
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 I="oxf#q
JGgxAd{L
B9^R8|V
三. 动工 jA<T p}$!
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: n_9x"m$
lhxdx
s!de2z
8lb-}=
template < typename T > sOz sY7z3Z
class assignment I7zn>^0}
{ ) Fx?%
T value; 3e
73l
public : uy9!qk
assignment( const T & v) : value(v) {} 3Oiy)f@{TF
template < typename T2 > 11{y}J
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } )$_,?*fq:
} ; )*D'csGc
W+hV9
|!}wF}iLc)
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 !M^\f
N1
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment !DcX8~~@
+$,dwyI2t
gt@SuX!@{^
Q1T@oxV
class holder HTR1)b
{ H#Q;"r 3
public : wDw<KU1UK
template < typename T > R&Ci/
assignment < T > operator = ( const T & t) const .[(P
{ T VeJ6
return assignment < T > (t); q% EC
} K(OaW)j
} ; $3#%aA!(#
FUqt)YHi
^Plc}W7h
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Ue! Q. "
v20~^gKo=m
static holder _1; u]bz42]
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 C0(sAF@
8t[t{"
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); d.cCbr:
而不用手动写一个函数对象。 C0<YH "
enumK\
|^iA6)Q
y\z > /q
四. 问题分析 A{(T'/~"
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 41}/w3Z4
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 )E-E0Hl>7
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 YxyG\J\|,
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 aDveU)]=1
下面我们可以对这几个问题进行分析。 n_P(k-^U*
a.,i.2
五. 问题1:一致性 X" \}sl5
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| s OQcx\dK
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 M=[th
I.a0[E/,
struct holder RJPcn)@l
{ <4f,G]UH_
// h.^o)T
template < typename T > >[Rz
<yv
T & operator ()( const T & r) const VDa|U9N
{ T V;BNCg
return (T & )r; (I~\,[
} ! TDD^
} ; H&K3"Ulw
85hQk+Bu4
这样的话assignment也必须相应改动: 0x71%=4H^x
NjP ]My
template < typename Left, typename Right > :o$@F-$k
class assignment H"D5e
{ .YC;zn^
Left l; "mtp0
Right r; fYn{QS?
public : QS;F+cmTh
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} :H\&2/j
template < typename T2 > :~33U)?{T
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; }
f`J|>Vk
} ; = t-fYV
PCZ]R
同时,holder的operator=也需要改动: $?$9y^\
pL)xqKj
template < typename T > @H+~2;B,
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Ut_mrb+W
{ nsl*Dm"*F
return assignment < holder, T > ( * this , t); @'gl~J7
} :t5uDKZ_j)
w+Vk3c5uI)
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 EzpwGNfz }
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 x~Agm_Tu+'
6RP+4c
return l(rhs) = r; Mr.JLW
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 L$}g3{
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: LU(%K{9
}$:#+
(17
template < typename Tp > u<kD}
class constant_t 9v$qrM`8
{ >2Ca5C
const Tp t; s|gp
public : |z+9km7,
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} A6i
et~h[
template < typename T > [Auc*@
const Tp & operator ()( const T & r) const *]2R.u
{ %A2`&:ip
return t; x<
S\D&
} AsAFUuI
} ; n.Vtc-yZU
u}m.}Mws
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 :MBS>owR
下面就可以修改holder的operator=了 >b43%^yii
y1u9B;Fd
template < typename T > ?@3&dk~ni
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Yw[{beo
{ "uhV|Lk*7
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 5 H *>
} h~fWE
r w\D>}\
同时也要修改assignment的operator() /n8psj
pg!`SxFD
template < typename T2 > ]?&H^"=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } _NT[
~M_Q
现在代码看起来就很一致了。 "Y(^F
bs
ALAL( f`
六. 问题2:链式操作 zLK\I~rU!
现在让我们来看看如何处理链式操作。 @p6@a6N%
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。 %yvA
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。 J&_3VKrN
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。 6qDfcs
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct | lE-&a$xd
_25d%Ne0
template < typename T > pI5_Hg
struct result_1 hb<k]-'!
{ :])JaS^
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; > [8#hSk
} ; S\b K+
yl]UUBcQ
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: #]X2^ND47
e2bLkb3c
template < typename T > %ZuLl(
struct ref yp?w3|`4;
{ hv{87`L'K(
typedef T & reference; 9#fp_G;=
} ; &M=3{[
template < typename T > EIPnm%{1
struct ref < T &> c"qPTjY
{ w49{-Pp[
typedef T & reference; /4-}k
} ; \kyM}5G(<0
Vpw[B.v
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: P>fKX2eQ-
Wz5=(<{S
template < typename T > -_HRqw,Z0
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const j9>TTgy@
{ wB2}uk7
return l(t) = r(t); =+4 _j
} w#<p^CS
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 "4RQ`.SR
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 }>,CUz
p>&S7M/9
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 -tMA
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: b@!:=_Mr
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 DU`v J2
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 k{1b20
最后的布局是: EP(Eq
Add M2L0c?
/ \ +nzTxpcP@K
Divide 5 !%V*UR9
/ \ DiR'p`b~
_1 3 <uC<GDO
似乎一切都解决了?不。 E$R_rX4x
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。 wcl!S {
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。 VW~Xbyf
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: VRB~7\A5<)
#?Wo <]i
template < typename Right > 1EuK,:x
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const EzUPah
Right & rt) const @ce3%`c_
{ CZ2iJy
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt);
2n(ItA
} El+Ft.7
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 99EX8
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。 ?jFc@t*\:
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。 5Fh8*8u6hL
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。 .5NZf4:C
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。 SKW;MVC
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? (qbc;gBy
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: UC(9Dz
*.xZfi_|
template < class Action > ij!*CTG
class picker : public Action 7G2vYKC'
{ 38"cbHE3
public : egbb1+tY
picker( const Action & act) : Action(act) {} OFQ{9
// all the operator overloaded \wFhTJY
} ; 'cYQ?;
ze
?CoDx2
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。 tbY SK
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: (c<