一. 什么是Lambda 8T-/G9u
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 '-c
*S]: r
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, /6",#B}%b
|7ct2o~un
xU<WUfS1
W>W b|W
class filler HueGARS
{ )}w2'(!X8
public : PgHe;^?j
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} In13crr4!
} ; x#
M MrV&M
m' HAt~
~j3O0s<gK
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: _[F (8Qx"
X\&CQiPS
S7a05NO
cH>@ZFTF
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); [>--U)/
orBB5JJ
[QUaC3l)
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 !r^fX=X>'
[~_)]"pU
8_$[SV$q
F^4mO|
二. 战前分析 iepolO=
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。 k0r93xa
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 +q*WY*gX
wH]5VltUT1
Z?JR6;@W
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); "xWrYq'"
/* --------------------------------------------- */ %Yw?!GvL[
vector < int *> vp( 10 ); U/ds(*g@
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); )O+V ft
/* --------------------------------------------- */ >ElK8
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2);
NW]zMU{c
/* --------------------------------------------- */ eYtP396C|
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); <cm(QNdcC
/* --------------------------------------------- */ GY`mF1b
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ~cr##Ff5
/* --------------------------------------------- */ iy!SqC
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); @=<B8VPJd
d)>b/0CZ
fM/~k>wl
@tT2o@2Y^
看了之后,我们可以思考一些问题: f?JP=j
1._1, _2是什么? x3AAn,m8
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。 +h]~m_O
2._1 = 1是在做什么? PPAcEXsIu
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。 Kj53"eW
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。 w`YN#G
RE0ud_q2
d H N"pNNs
三. 动工 Lm&BT)*
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: l4bLN
po9f[/s'+o
-kk0zg
&|i
Talmc|h
template < typename T > "LNLM
class assignment *3iEO>
{ +-r ~-b s
T value; ctOBV
public : J5!-<oJ/
assignment( const T & v) : value(v) {} y
g:&cIr,
template < typename T2 > #_SsSD=.Sy
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 6n A/LW\x
} ; WhT5NE9t
EvYe1Y-
k*4!rWr0r&
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 %ZsdCQc{`
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment HT:V;?"
^>/~MCyM.
XjXz#0nR
`O0bba=:=
class holder SPT?Tt
{ ??#SQSU
public : V_3K((P6
template < typename T > _I?oR.ON33
assignment < T > operator = ( const T & t) const gb{8SG5ac
{ M ]Hf>7p
return assignment < T > (t); T@jv0/(+
} 6bDizS}
} ; ~_SRcM{
i@`qam
%(1Jt"9|
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: 6]r#6c%
!o`riQLs>
static holder _1; r]0>A&,
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ,!H`@Kl
D"msD"
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Q h{P>}
而不用手动写一个函数对象。 4V&(w,zl
SM8f"H28
F'-,Ksn
qizQt]l
四. 问题分析 Te%V+l
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。 _lDNYpv
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。 m[CyvcF*u
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 B.C:06E5
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 d#HlO}
下面我们可以对这几个问题进行分析。 x1h&`QUP
pAws{3(Q
五. 问题1:一致性 2w}l!'ue
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?| ,8.$!Zia
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 >,ABE2t5
[<|$If99\
struct holder i}e/!IVR3
{ LGK&&srJs
// 4T]A!
y{
template < typename T > ]!]B7|JFJ
T & operator ()( const T & r) const klAvi%^jE
{ '|<r[K
return (T & )r; .}5qi;CA
} /}/GK|tj
} ; BNgm+1?L
F`La_]f?b\
这样的话assignment也必须相应改动: |- <72$j
T`bUBrK6g`
template < typename Left, typename Right > zR4]buHnE
class assignment naM~>N
{ ^T*!~K8A
Left l; aL*}@|JL"
Right r; xI_0`@do
public : 0NK|3]p
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Ob{Tn@
template < typename T2 > GYg.B<Q.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ({zWyl
} ; on;>iKta9
FJ{/EloF
同时,holder的operator=也需要改动: W] WH4.y
gA`QV''/:
template < typename T > LJ6l3)tpD
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ol K+|nR
{ _K&Hiz/'
return assignment < holder, T > ( * this , t); dBwoAq`'
} +v~x_E5FP
bU[_YuJbM
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。 d}%-vm} 0
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ftKL#9,s(
;%Px~g
return l(rhs) = r; NG`Y{QT6N
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。 =XtQ\$Pax
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ^ir)z@P?V
O c.fvP^ZD
template < typename Tp > O._\l?m
class constant_t R58NTPm
{ %ZcS"/gf
const Tp t; 9|3sNFGX
public : W/3sJc9
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} E%(s=YhW
template < typename T > ExQ\qp3
const Tp & operator ()( const T & r) const 4*L*"vKa
{ >28l9U
return t; N:CQ$7T{ j
} j0j!oj)7I
} ; %%/8B
1Q!kk5jE
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 rB{w4
下面就可以修改holder的operator=了 cly} [<w!
7#W]Qj
template < typename T > ZyDNtX%
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ~o/k?l
{ SQhVdYU1'
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Faa>bc~E
} wdAKU+tM
)[J@s=
同时也要修改assignment的operator() Mk0x#-F
'6})L
template < typename T2 > 7{(UiQbf
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ] jY^*o[
现在代码看起来就很一致了。 -8Hc M\b
z9g ++]rkJ
六. 问题2:链式操作 o2=):2x
r{
现在让我们来看看如何处理链式操作。 8sU5MQ5
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 &F/-%l!
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 8zpzVizDG
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 "\O7_od-
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 2Wu`Dp;&l
x.Egl4b3
template < typename T > %)r:!R~R
struct result_1 J
<;xkT1x
{ <ch}]-_
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; N$=9R
} ; ErJ/h?+
#g0_8>t
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: #HH[D;z
&A*E)T#>#
template < typename T > %\(-<aT
struct ref :o~'\:/
{ +RL@g*`
typedef T & reference; [k>{q+MWK
} ; oe.Jm#?2.
template < typename T > FZn1$_Svr
struct ref < T &>
?ueL'4Mm
{ sT"ICooc
typedef T & reference; j6EF0/_|e
} ; -seLa(8F
u:lBFVqk
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: [5p 3:D
c+E \e] {
template < typename T > iN.
GC^l
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 5I,NvHD4
{ tM;cvc`/
return l(t) = r(t); n@ SUu7o
} %3~miP
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 qR!ZtJ5j
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Wh..QVv
b@&uwS v
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 2oEuqHL
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: gm2|`^Xq$
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ?gUraSFU
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 87[ ,.W
最后的布局是: ?4U4o<
Add B )[RIs
/ \ P7b"(G%
Divide 5 l[IL~
/ \ W{.:Cf9
_1 3 $*G3'G2'iS
似乎一切都解决了?不。 zN!yOlp5
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。 rP'%f 6
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。 $.pCoS]i
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: =WUL%MfW
2w3LK2`ZL
template < typename Right > i
KQj[%O
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const u-|%K.A
Right & rt) const TK18U*z7J
{ 'g,_ lF
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); gJX"4]Ol#}
} AV2Jl"1)z
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 esA^-$
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。 WN{8gL&y
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。 ^8~TsK~
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。 P8ej9ULX,
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。 @}H'2V
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? MYvz%7
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: t2{(ETV
-e(<Jd_=
template < class Action > -s2)!Iko&
class picker : public Action *Vq'%b9
{ ]S s63Vd
public : g2TK(S|#
picker( const Action & act) : Action(act) {} r3U7`P
// all the operator overloaded >^`# %$+
} ; 9&=%shOc+x
gizY4~
j
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 1}|y^oB\-
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ]^.`}Y=`g
*~6]IWN`
template < typename Right > q`{@@[/(y
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const w9GY/]
{ 75^*4[
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Gdb0e]Vt+
} 5)S;R,
A\rY~$Vr
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > T_c`=3aO
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。 "?6*W"N9
ef{Hj[8
template < typename T > struct picker_maker *vRHF1)L
{ .Qn#wub
typedef picker < constant_t < T > > result; M5+R8ttc
} ; =/|GWQj
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > =Xr{ Dg
{ ,e1c,}
typedef picker < T > result; uGXvP(Pg'
} ; ,?j!c*
k7*-v/*S
下面总的结构就有了: B^dMYFelJ
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。 xC _3&.
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。 N)E'k%?,
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 W%ix|R^2]
至此链式操作完美实现。 g~K-'Nw
YK8l#8K
gM1:*YK
七. 问题3 EB+4]MsD
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。 u"v$[8
"[["naa
template < typename T1, typename T2 > '!Va9m*w7
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const B
&Z0ZWx
{ =r]_$r%gR
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); oSMIWwg7G
} F'{ T[MA
^8oN~HLZ
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: p +JOUW
R6;229e
template < typename T1, typename T2 > \ :@!rM
struct result_2 0W6='7
{ 79)iv+nf\l
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; |Zn,|-iW
} ; %iIr %P?
l@UF-n~[
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? >/C,1}p[
这个差事就留给了holder自己。 `ZC -lAY
olo9YrHn
su\Lxv
template < int Order > p,8:(|(
class holder; O>X!78]#K
template <> js)E:+{A,
class holder < 1 > iN
u k5
{ <4?(|Vh[m]
public : ;erxB6*
template < typename T >
!&KE">3Qu
struct result_1 65&+Fv
{ }VH`\g}
typedef T & result; z9AX8k(B6
} ; E0r#xmk
template < typename T1, typename T2 > :]\-GJV5
struct result_2 ='eQh\T)
{ wjID*s[
typedef T1 & result; 9WoTo ,q
} ; 2+(SR.oGq
template < typename T > fEK%)Z:0
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const =1B;<aZH!
{ v%c--cO(S4
return (T & )r; :Z;kMrU
} "NSY=)fV
template < typename T1, typename T2 > p_g8d&]V
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const P)=$0kR3
{ =snJ+yn!
return (T1 & )r1; bb/A}<
zD
} m:;`mBOc3
} ; k
lr1"q7
![%:X)?
template <> ^jo*e,y:
class holder < 2 > BXl
Y V"
{ 3XjY
public : Rwmr [g
template < typename T > w 01\KV
struct result_1 :(jovse\
{ NTM.Vj
-_h
typedef T & result; jA%R8hdr_
} ; .YS48 c
template < typename T1, typename T2 > Bb5RZ#oa
struct result_2 ^j_t{h)W(0
{ PTA_erU
typedef T2 & result; vN)l3
} ; QN~9O^
template < typename T > -Ze2]^#dl
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const -S$Y0FDV
{
)Oj%3
return (T & )r; /Q9iO&Vu
} @2A&eLwLH
template < typename T1, typename T2 > ZoKX ao
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 6k\8ulHw
{ /(ArA=#
return (T2 & )r2; _3Q8R}
} %i9*2{e#~
} ; .TRp74
\G]vTK3
qZ+^ND(I
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> >。 pXxpEv
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: 1QuR7p
首先 assignment::operator(int, int)被调用: v|r#
XM*%n8q7#N
return l(i, j) = r(i, j); ivl_=
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) UazUr=|e
<Dp[F|r
return ( int & )i; Nf{tC9l
return ( int & )j; mt3j$r{_
最后执行i = j; }&*,!ES*
可见,参数被正确的选择了。 KA0_uty/T
w8AHs/'r
F1zsGlObu}
h)C`w'L
OOX}S1lA
八. 中期总结 Q pbzx/2h
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: Wp$'#HhB
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 3HmJixy
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 SE!0f&
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor m&r