一. 什么是Lambda 75hFyh;u
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 8T>3@kF
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, xoz*UA.
8^P2GG'+-
O)$N}V0
*'s2
K
class filler J]=aI>Ow
{ 3%vx'1h[
public : ?vht~5'
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} T(sG.%
} ;
Zi<Sw
y0&V$uv/
T;:',T[G
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: cdek^/
uusY,Dt/9
:N*q;j>
y :i[~ y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 5fvUv"m
C$2o
o@
Q?Bjq>
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 _Ssv:xc,
%b-;Rn
U'sVs2sk6
nL7S3
二. 战前分析 NSiYUAug
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 eBSn1n
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 6,g5To#vw
T|BY00Sz`
jziA;6uL
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1v[#::Bs
/* --------------------------------------------- */ _Sk<S
vector < int *> vp( 10 ); ;8%@Lan
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Ivt)Eg
/* --------------------------------------------- */ ?VOs:sln
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); nI|Lx`*v
/* --------------------------------------------- */ =AnZ>6
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); c~0VNuN
/* --------------------------------------------- */ eHnei F
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); YV ZSKU
/* --------------------------------------------- */ Ow($\,
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); g1hg`qBBW
&23ss/
COkLn)+0
eLt Cxe
看了之后,我们可以思考一些问题: /k3n{?$/
1._1, _2是什么? )qe$rD;N
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。 G5XnGl}Q
2._1 = 1是在做什么? gKm~cjCB`~
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。 e u=f-HW]
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。 0\_R|i_`>
~qLhZR\g^
*Y^Y
三. 动工 *\~kjZ 3
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 66"ZH,335
9%)& }KK|
j_ywG{Jk
G"UH4n[1ur
template < typename T > oVuj020
class assignment xt<,
(4u
{ {7pE9R 5
T value; M;RnH##W
public : w_z^5\u0
assignment( const T & v) : value(v) {} "]\":T
template < typename T2 > (?&_6B.*
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ! 4^L $
} ; %BYlbEx
.}hZ7>4-
}&C!^v
o
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 82@;.%
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ->"h5h
gU 2c--`
d8 BK/b
KJvJUq
class holder -I$txa/"|
{ q@RY.&mgW
public : O,xAu}6f+
template < typename T > ?BWvF]p5/
assignment < T > operator = ( const T & t) const _^2[(<Gmv
{ $85o%siS'
return assignment < T > (t); 3xCA\*
} C;:1CK
} ; %ucmJ-<y#
##+8GLQM
*
SON>BSF
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: Kp=3\) &
$d??(
static holder _1; )i6U$,]
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 $b
71
. =foXN
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 9q,JqB
而不用手动写一个函数对象。 |Nd.'|g,
MIyLQ
5tCq}]q#P
W-ND<=:Up
四. 问题分析 ,"MUfZ
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 buM>^A"
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 3v3Va~fm`
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 2.&V
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 1oW]O@R
下面我们可以对这几个问题进行分析。 uA}FuOE6
?KuJs9SM
五. 问题1:一致性 fN%5D z-e
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| *1$~CC7
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 .L TFa.jxA
R\Ynn^w
struct holder ?yM/j7Xn
{ 2'^OtM,
// N4]6LA6x6
template < typename T > [N$_@[
T & operator ()( const T & r) const jvKaxB;e
{ .j<B5/+
return (T & )r; Hr,lA(
} ZxeE6M^w
} ; y2% ^teXk
F-\8f(\
这样的话assignment也必须相应改动: d=OO(sf
IEsD=
template < typename Left, typename Right > e=Tc(Mwn
class assignment Qc<O; #
{ Pg8=
Left l; 8}`8lOE7
Right r; .Fz6+m;Z
public : *M!YQ<7G^d
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} |/Q. "d
template < typename T2 > 3LnyQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 9l^
} ; Q+js2?7^
cZ2,
u,4
同时,holder的operator=也需要改动: iwTBE]J
BL^Hj
template < typename T > ;A'17B8
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const l#f]KLv4N_
{ 9d(v^T
return assignment < holder, T > ( * this , t); >Vm
} eS%6hUb
:;u]Y7
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 UlZ)|Ya<M
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 /@}# KP=
cZF;f{t
return l(rhs) = r; v&,VC~RN-J
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 0$h$7'a
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 6]A\8Ty
l fhKZX
template < typename Tp > DmA!+
class constant_t "1 TM
{ qvE[_1QCc
const Tp t; ['`'&+x&!
public : ;Wm)e~`,
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ,r,;2,;6nd
template < typename T > ;j\$[4W.i
const Tp & operator ()( const T & r) const ~(P\F&A(&
{ ^
/eSby
return t; 4~MUc!
} aZ3 #g
} ; UHszOl
_IGa8=~
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 TK?N^ly
下面就可以修改holder的operator=了 {$=%5
BqA wo
template < typename T > X"59`Yh
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const %31K*i/]
{ ebwoMG,B-
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); hUvH
t+d
} %pKs- n`
h0QQP
同时也要修改assignment的operator() J3E:r_+
u+FftgA
template < typename T2 > aVL%-Il}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } xH-k~#
现在代码看起来就很一致了。 j0NPd^
<[??\YOc
六. 问题2:链式操作 j?ubh{Izm
现在让我们来看看如何处理链式操作。 5]ob;tAm
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。 e%7P$.
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 aV#;o9H{
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 9cPucKuj
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct "Z?":|%7
pl/$@K?L
template < typename T > g+F_M
struct result_1 Lh$ac-Ct
{ ;]o^u.PC
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; j`hbQp\`
} ; I=I%e3GEm
<xz-7EqbwX
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: P?ol]MwaB
z1A-EeT
template < typename T > vxZUtyJfe
struct ref m5g: Q
{ oK[,xqyA
typedef T & reference; e+aQ$1^t
} ; FJ.
:*K[
template < typename T > jH/%Z5iu
struct ref < T &> LM`#S/h
{
0$uS)J\;K
typedef T & reference; ur5n{0#
} ; WL]'lSHa
o?8j*]
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: .v8=zi:7Y
N=x,96CF
template < typename T > N/.9Aj/h~&
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const GY :IORuA4
{ $$>,2^qr&L
return l(t) = r(t); 2l%iXK[
} (acRYv(
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。 _~<TAFBr
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 uf3 gVS_h=
I9 aber1
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 {(Z1JoSl
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: g}h0J%s
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 I[ C.iILL
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 J(L$pIM
最后的布局是: p 1fnuN |,
Add (#BA{9T,^
/ \ 6?~pjMV
Divide 5 Fm{y.URo
/ \ |mX8fRh
_1 3 C*<LVW{P
似乎一切都解决了?不。 |a3b2x,
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。 o4795r,jz
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。 Yq.@7cJ
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: ,^T2hY`
5Ep
template < typename Right > 3<lDsb(}0A
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const yV`vu/3K
Right & rt) const /iy/2x28>
{ @UBp;pb}=h
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ]sE^=;Pv?
} g9.hR8X
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 M?97F!\U
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。 8i"fhN3?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。 Rh^$0Q*2
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。 2|EoP-K7
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。 5lbh
"m=
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? fA5#
2P{
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: %vzpp\t
jws(`mIf\
template < class Action > 1uE[ %M
class picker : public Action }zi6 F.
{ ^.7xu/T
public : u[@*}|uXM
picker( const Action & act) : Action(act) {} % *hBrjbj
// all the operator overloaded ,kI1"@Tu
} ; m-]"I8[
xCD+qP^
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。 kE}Ib4]J
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: Bf'(JJ7&N
!Ai;S
template < typename Right > y uq E
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 0&@6NW&Mu
{ g;1
UZE;
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); vF1$$7k
} ,$>Z= ~x*
U/X ^
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > s,8%;\!C
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 !LA#c'
IuL]V TY
template < typename T > struct picker_maker u^$ CR
{ %8/$CR
typedef picker < constant_t < T > > result; x(Z@R\C-a
} ; P7!Sc
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 3m'6 cMQ
{ BDg /pDnwg
typedef picker < T > result; G<I5%Yo6G
} ;
aY~IS?!;
'Z[R*Ikzq
下面总的结构就有了: dEnhNPeRl
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。 *BV .zbGm
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。 #;)7~69
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 O)?0G$0
至此链式操作完美实现。 >'eqOZM
78"W ~`8
VrG |/2
七. 问题3 !.A>)+AK
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 g$qh(Z_s
nK[$ID
template < typename T1, typename T2 > - =Hr|AhE
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const +(
d2hSIF
{ rv[\2@}
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); wKN9HT
} 1*"Uc!7.%
ueOvBFgZ
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: f\JyN@w+
hV%l}6yS&
template < typename T1, typename T2 > qi$8GX=~r
struct result_2 r_",E=e
{ ~*qGH
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; E*$:~w
} ; spf}{o
,o`qB81
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? <5
+?&i
这个差事就留给了holder自己。 OkM>
-llujB%;,e
~Hq
2'
template < int Order > !
^W|;bq
class holder; }`X$
'
template <> b]~M$y60q
class holder < 1 > Hcpw[%(
{ K|&