一. 什么是Lambda W}N7jPO}
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 k]C k%[d
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
p*T[J
w >%^pO~}`
`\|@w@f|;
4%zy$,|e
class filler $UdBZT-
{ *iY:R
public : ~ES%=if~Y
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 00'SceL=`
} ; :/%Y"0
t9MCT$U
(,t[`z
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: */JYP +
Z m%,L$F*L
n_rpT.[
=-~))!(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); >itNa.K
qBcbMa9m
?9O#b1f N
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 @%*2\8}C!
wdf;LM
L1I1SFG
x:4R?!M.
二. 战前分析 &o7PB`(l
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 XN6$TNsD$
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 K!qOO
+c!HXX
%o4v} mzV
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ^n<YO=|u
/* --------------------------------------------- */ Tn/Z s|
vector < int *> vp( 10 ); k!z<=WA
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); !ht2*8$lQ
/* --------------------------------------------- */ rr2!H%:
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); pnE]B0e
/* --------------------------------------------- */ 9xj }<WM
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); j0X^,ot@m
/* --------------------------------------------- */ !W8=\:D[
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); /n(0w`
/* --------------------------------------------- */ 1kpw*$P0
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Nu?A>Q
) 3"!Q+
i ]8bj5j{
T[xIn+w
看了之后,我们可以思考一些问题: {4A,&pR
1._1, _2是什么? WkE="E}
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。 l1lYb;C
2._1 = 1是在做什么? eGg6wd
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。 \-]tvgA~&
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。 VpYD/Oj4;
8<T~AU8'*
%z1^
三. 动工 $z*"@
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: m:`M&Xs&
@v@F%JCZ
mF~]P8
41d+z>a]
template < typename T > / [49iIzC
class assignment 6lg]5d2CD
{ '" %0UflJS
T value;
D8u`6/^
public : wG7>2*(
assignment( const T & v) : value(v) {} RD)Vb$.B:
template < typename T2 > ;b=diZE
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } \ +sa[jK
} ; elhP!"G
gl`J(
YJHb\Cf.
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 W/,:-R&'>
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 7- LjBlH
XKZsX1=@R
psmDGSm,&
b/m.VL
class holder |hi,]D^Kc
{ 4.wrY6+V
public : BI-'&kPk
template < typename T > L>1y[
Q
assignment < T > operator = ( const T & t) const v@GhwL
{ )h 6 w@TF
return assignment < T > (t); T }msF
} n!~ $Z/
} ; ?yjg\S?L
9#hp]0S6
e4Qjx*[G
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: j #:
ARb
BH~zeJ*Pr
static holder _1; i ?M-~EKu
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 \MmOI<Hd-
+2eri_p
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); S&IW]ffK
而不用手动写一个函数对象。 c u";rnj
<a=OiY
#&r}J
}AB_i'C0
四. 问题分析 8LPWT! S
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。 @73kry v
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。 zGz}.-F
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 wy:Gy9\
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 }0anssC
下面我们可以对这几个问题进行分析。 VO {z)_
']\SX*z?
五. 问题1:一致性 S},Cz
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?| :tnW ivrwR
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 b3[!1i
]v>[r?X#V
struct holder (j@c946z""
{ (gVN<Es
// P* &0HbJ
template < typename T > 3ww\Z8UeK
T & operator ()( const T & r) const @VIY=qh
{ y O@1#
return (T & )r; 4<PupJ
} j8 2w
3
} ; jz=V*p}6
E`qX|n
这样的话assignment也必须相应改动: oO3^9?Z
V;CRs\aYf
template < typename Left, typename Right > 2TB'HNTFx
class assignment (b[=~Nh'
{ 8Ara^Xh}q
Left l; *}#HBZe(9
Right r; V?.=_T<
public : 1oiSmW\
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} {2T u_2>
template < typename T2 > @f|~$$k=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } LfW:G5@-
} ; ZQ`4'|"
tg 'g R
同时,holder的operator=也需要改动: G~u$BV'
toD!RE
template < typename T > z ULHgG
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const "'Gq4<&y
{ KTmwkZcfYD
return assignment < holder, T > ( * this , t); ]:2Ro:4Yv
} 9$9aBW
z!b:|*m]w
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 Uy|!f]"?
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 8q6Le{G
>f^kp8`3{Y
return l(rhs) = r; Dt7z<1-)l
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 KI*bW e
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: d
{ P$}b
k^;/@:
template < typename Tp > 'ta&qp
class constant_t 4)}>dxv
{ go6;_
const Tp t; FGc#_4SiL
public : Ny`SE\B+/
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} L">jSZW[[
template < typename T > /5epDDP-t5
const Tp & operator ()( const T & r) const )`Qr=DIsW
{ $Fc}K+
return t; ]Y->EME:W
} qSD`S1'2;
} ; K+L9cv4 |*
zZ51jA9x
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 vg X7B4
下面就可以修改holder的operator=了 Ji=`XsV
Cl&)#
template < typename T > k'e1ZAn
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const $JBb]
v8_
{ |7Z}#eP//
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); vF@|cTRR)
} MZX@Gi<S[
;F%EW`7
同时也要修改assignment的operator() [;-;{
*{G
]JmE(Y1(1
template < typename T2 > 7rGp^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } HKOSS-`5
现在代码看起来就很一致了。 )`W|J%w+
n
>E1\($
六. 问题2:链式操作 c;yp}k]\
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Ho&f[T(
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。 w_QWTD0
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。 |VyN>&r~6
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。 0oi.k;
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 1`Bhis9X8
n1R{[\ >1
template < typename T > $kR%G{j 4
struct result_1 mQU t 'j4
{ ?f:0GE7
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; w'xPKO$bzR
} ; ^foCcO
-J]N
&[
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: ,CqGO %DY
*9F{+)A
template < typename T > RR/?"d?&
struct ref mv$gL
{ :8+x&zn
typedef T & reference; G/( tgQ
} ; =XSupM[T
template < typename T > n{m[
j+UG
struct ref < T &> 6HVX4Z#VH
{ 8f'r_,"
typedef T & reference; Nh4&3"g|
} ; !L)|N<
Z)u_2e
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: {p(6bsn_#]
Q+U" %
template < typename T > ?xQm_
91X^
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const bNvc@oo
{ LTb#1JC
return l(t) = r(t); THCvcU?X
} o6:]Hvqjr
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。 .=Uu{F
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 A5ckosYyNA
I "R<XX
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 ;_=dB[M
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: b0N7[M1Xl
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 +ul.P)1J6
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 PvxU.
最后的布局是: 7Mh!@Rd_V
Add 6\QsK96_
/ \ p%\&M bA
Divide 5 Cv`dK=n>
/ \ ,LU|WXRB
_1 3 MBol_#H
似乎一切都解决了?不。 M=5hp&=
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。 HJe6h. P
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。 ]99;7
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: ' |yBz1uL
3#`Sk`z<
template < typename Right > _Vt
CC/
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const PiNf;b^9
Right & rt) const .;:dG
{ f Q2U|
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ~(.&nysZ-
} v dU)
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 qcBamf
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。 ,@8*c0Y~<!
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。 |q\Rvt$d
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。
X;dUlSi
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。 q9$K.=_5
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? [Lid%2O3ZR
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: 0T:U(5Y9
W3B:)<