一. 什么是Lambda CfVL'
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 q8uq%wf
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, "Th;YJu
m.<or?l'y>
j{johV+`8
%<r}V<OeR
class filler BSy{"K*M
{ O0s,)8+z5D
public : W*?qOq
{
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} h(^c5#.
} ; Z;[xaP\S
S;u.Ds&
49HP2E
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: qL
<@PC.5
i3pOGa<
v2a(yH
i'10qWz
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Hy -)yR
~YenH
TRJTJM_k
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 M`7[hr
n/`!G?kvI
)L7[;(gQ
lANi$
:aE
二. 战前分析 !/ dH"h
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。 XB@i{/6K
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 [XH,~JZJj
gvPHB+#A
S(^YTb7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); &kn?=NW
/* --------------------------------------------- */ _z1Qr?cY
vector < int *> vp( 10 ); 7IQaXcl
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 'T(Q
/* --------------------------------------------- */ @$Yk#N;&(
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); {NcJL< ;tS
/* --------------------------------------------- */ VbTX;?
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ~*J
<lln
/* --------------------------------------------- */ Dm$SW<!l|
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 4.Fh4Y:$'
/* --------------------------------------------- */ um%s9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); mY[*Cj3WJ
atW^^4:
xAO\' #m
df {\O*6
看了之后,我们可以思考一些问题: HR?bnkv|id
1._1, _2是什么? @' %XdH
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 i[MBO`FF
2._1 = 1是在做什么? K9Onjs%U
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 SL`; `//
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 }_-tJ.
!VXy67
+Z-{6C
三. 动工 X-Ev>3H
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ,% 'r:@'
.JTRFk{W
}D`ZWTjDay
Ui-Y`
template < typename T > 4=`1C-v?q
class assignment t=My=pG
{ V|F/ynJfA
T value; ~C3J-z<
public : |eg8F$WU
assignment( const T & v) : value(v) {} Ut C<TBr
template < typename T2 > \So)g)K
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } e>6W ^ )
} ; o(
mA(h
8N$Xq\Da+>
eD3\>Y.z
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 C3N1t
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment YMy**
W#kyD)(F
iQ1[60?)T
Wb#<ctM>
class holder L>&{<M_
{ pAqPHD=
public : O*lIZ,!n
template < typename T > <AiE~l| D
assignment < T > operator = ( const T & t) const 68w~I7D>
{ Z-pZyDz
return assignment < T > (t); mey -Bn
} YXmy-o>
} ; 1(*+_TvZ
x^i97dZS^"
1HqN`])l/j
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: t/%[U,m
tUW^dGo.
static holder _1; 6i~<,;Cn
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 UUM:*X
ydRS\l
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); !,{N>{I
而不用手动写一个函数对象。 &j/,8 Z*
&~x |w6M]J
xRO9o3
Snn4RB<(
四. 问题分析 3u 7A(
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 j|qdf3^f
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 U#sv.r/L}3
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 69Z`mR
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 7l09
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ^^24a_+2
d_f*'M2Gv
五. 问题1:一致性 <Wj/A/
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| \d:Uq5d)0
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 x_/l,4_
BeD>y@ it
struct holder L_+Fin
{ nB[B
FVkU
// 0S
}\ML
template < typename T > 4PR&67|AH_
T & operator ()( const T & r) const V?>&9D"m
{ {w,<igh
return (T & )r; 7|bBC+;(
} YguW2R=6]
} ; FPZ@6
@at*E%T[
这样的话assignment也必须相应改动: "(~fl<;
OwgPgrV
template < typename Left, typename Right > !\$4A,
class assignment EFu$>Z4
{ kQ_Vj7
Left l; 9x(t"VPuS
Right r; &|Rww\oJ
public : 7fd,I% v
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} "jq6FT)O
template < typename T2 > o4j!:CI
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } L$ ^ew0C
} ; v}z^M_eFm
\<y|[
同时,holder的operator=也需要改动: -]YsiE?r
Nr"GxezU+A
template < typename T > 0C"2?etMx
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 7|[Dr@.S
{ . S;o#Zw*R
return assignment < holder, T > ( * this , t); t: ,lz8Y~
} C.H(aX)7
*+2BZZwT
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。 Z^J)]UL/
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 .lI.I
P.=Dd"La
return l(rhs) = r; 4{ZVw/VP,-
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。 yFDt%&*n^
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: naeppBo
X3XTB*
template < typename Tp > P8w56
class constant_t }XRfHQk
{ ^L\w"`,~
const Tp t; up~p_{x)Q
public : 5g'aNkF6>
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} j~cG#t]
template < typename T > gF;C% }
const Tp & operator ()( const T & r) const )U0I|dx
{ 5l(@p7_+
return t; eSW}H_3
} 3.=o }!
} ; b"w2 2%
B <HD
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 e;"%h%'
下面就可以修改holder的operator=了 jCg4$),b
6pZ/C<Y|W
template < typename T > YW8Odm
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 8)b*q\O'
{ n2["Ln mO
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Np.<&`p!
} &s\/Uq
q^QLNKOH"
同时也要修改assignment的operator() (8~Hr?1B
3#F"UG2,_
template < typename T2 > /
=v1.9(
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } C
[8='i26
现在代码看起来就很一致了。 I=YZ!* f/`
$UdFm8&
六. 问题2:链式操作 7L]Y.7>
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ^5FwYXAxi
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。 wqX!7rD/g)
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。 -.Z;n1'^
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。 2e({%P@2?
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct FuFICF7+C
Rp}Sm,w(
template < typename T > Q[aBxy
(
struct result_1
H^$7=
{ 5<oV>|*@{
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Ik=bgEF
} ; ag!q:6&
rC ,ZRFF
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: #g1,U7vv8
;M*G
template < typename T > 1ZWr@,\L
struct ref i*+N[#yp
{ XNl!?*l5?l
typedef T & reference; nfE4rIE4
} ; >[P`$XkXd4
template < typename T > edlsS}8^
struct ref < T &> UGA``;f
{ i/,IG+4vI
typedef T & reference; 2 rS`ViicD
} ; CraD
v0pev;C
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: zogl2e+
Y1{*AV6ev6
template < typename T > eTY(~J#'
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ]; B`'Ia
{ M-C>I;a
return l(t) = r(t); #ePtfRzJ
} A_5M\iN\
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。 ]Lm?3$u$
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 (
D@U%
Qf}}/k|)k
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 TM,Fab &
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: A$::|2~
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 h$ $i@IO0
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 >WY\P4)k
最后的布局是: z3yAb"1Hg
Add ,T+.xB;Q@
/ \ Q\2~^w1V
Divide 5 (:7Z-V2(
/ \ 3lefB
A7
_1 3 vUJQ<D
似乎一切都解决了?不。 [-3x *?Ju
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。 }#` -mRaU
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。 g+KuK`\N%
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: WiF6*]oI
|'Ksy{lA
template < typename Right > f;,^
]mw
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const tE:6
Right & rt) const "!PN +gB
{ QG;V\2T2[
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ;2,Q:&`
} l}9E0^AS
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Yj*!t1qm
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。 BPypjS0?8
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。 JZoH -
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。 $HFimU,V=0
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 [CG*o>n&|
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? "pQ)5/e
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: F{
sPQf'
dpB\=
template < class Action > x I(X+d``
class picker : public Action Y;>D"C..
{ j55OG~)
public : 5_Oxl6#
picker( const Action & act) : Action(act) {} p4wx&VLi
// all the operator overloaded >8w=Vlp
} ; GFYHt!&[\
UiN6-{v<2
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 91}kBj
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: h@D!/PS
PKX
Tj6hj)
template < typename Right > mP-Y9*k
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const rjwP#
{ HH7Bg0=(
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 4inMd![
} e!1am%aE
!sh>`AF
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ,h* 'Cs04h
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 70T{tB
ge$ p/
template < typename T > struct picker_maker lQf38u||
{ #PA 9bM
typedef picker < constant_t < T > > result; 7;Vq r$9)
} ; 80Z'1'u0
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > rLI);!^-
{ }+GIrEDId
typedef picker < T > result; n]v,cfn/=<
} ; *ZV=4[#bT
+o}mV.&