一. 什么是Lambda |n/id(R+
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 !b=$FOC>
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, ;2}Gqh )Yr
2"T&Fp<
@hv]
[(<
-Zh+5;8g
class filler Qfi5fp=f
{ lQjq6Fl2
public : .b"e`Bw_=
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ~@bKQ>Xw
} ; j!/(9*\
Qzv_|U
+Oa1FvoEA
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: 7Ll(,i<,C
?a}~yz#B(
:OM>z4mQ
\I=:,cz*,
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); + h&V;
fA^ O
M?o`tWLhF
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 =O<BMq{d
vPi+8)
}PJ:9<G
y
VTdZ&%@
二. 战前分析 60Z)AQs;+J
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。 :H{8j}"
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 $) $sApB
#S5vX<"9
RVe3@|9(G
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 );
xMU)
/* --------------------------------------------- */ ~i4@sz&
vector < int *> vp( 10 ); \l~h#1|%;s
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 6pse@x?
/* --------------------------------------------- */ zc"eSy< w$
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); LY MfoXp
/* --------------------------------------------- */ 8V nZ@*
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); UJI1n?~
/* --------------------------------------------- */ RK0IkRXQd
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 6lPGop]js]
/* --------------------------------------------- */ Q=[&~^Y)
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); FP$]D~DMo
]!QeJ'BLM
In
r%4&!e
&'R]oeag
看了之后,我们可以思考一些问题: K67x.P Z
1._1, _2是什么? Onl:eG;@
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。 mP-+];gg
2._1 = 1是在做什么? Xo,BuK&G
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。 f &H`h
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。 O_033&
T-MLW=Vu
Yr!3mU-Uvt
三. 动工 p0/I}n4<5n
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: >9DgsA`'
AjpQb~\
1g@kHq
lUrchLoDt
template < typename T > rRMC<.=
class assignment vDemY"wz
{ S=o/n4@}
T value; 0y(d|;':
public : O/-xkzR*
assignment( const T & v) : value(v) {} Y#G '[N>
template < typename T2 > Vj_
$%0
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Uhf
-}Jdw
} ; c{[d@jtO
pq@ad\8
5VI'hxU4Qg
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 +VJl#sc/;
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment qdOS=7]W
W[YtNL;
czj[U|eB}=
4):\,>%pK
class holder tY7u\Y;^
{ 49CMRO,T
public : _L"rygit
template < typename T > ?#W>^Za=
assignment < T > operator = ( const T & t) const kn!J`"b
{ T+\BX$w/4e
return assignment < T > (t); PW}Yts7p
} d;>:<{z@CD
} ; #2pgh?
sbRg=k&Ns
=zsXa=<
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: Ws=J)2q
Z/64E^
static holder _1; (T@ov~@
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 te1lUQ
k&Sg`'LG8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 'h:4 Fzo<
而不用手动写一个函数对象。 5~qr+la
`/"z. ~8
$T1c{T6n}
#pf}q+A
四. 问题分析 hM;E UWv
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 UZ
y
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 NoMEe<
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 /q]WV^H
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 f6DPah#
下面我们可以对这几个问题进行分析。 A/'G.H
:r|dXW
五. 问题1:一致性 {|a'
=I#2
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| h.DQ6!?;s
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ;Eck7nRA)
t]Vw`z%G
struct holder
62.{8Uj
{ 7m1*Q@D
// g|W~0A@D
template < typename T > r8@:Ko= a
T & operator ()( const T & r) const {D7!'Rq,
{ pnf3YuB
return (T & )r; }=wSfr9g
} #u#s'W
} ; Nz2}Ma 2
F7mzBrz
这样的话assignment也必须相应改动: r&^4L
~=}56yxl[
template < typename Left, typename Right > '?#e$<uS-
class assignment 2f4 *r^
{ >b/Yg:t
Left l; !]W6i]p
Right r; (!;4Y82#
public : wjY3:S~
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} <;=X7l+
template < typename T2 > X\M0Q%8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } J`\%'pEn
} ; B~z&
"`
eE1w<] Eg
同时,holder的operator=也需要改动: *#~3\{
anv_I=
template < typename T > G3KiU($V
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const W/fM0=!
{ GAQVeL1
return assignment < holder, T > ( * this , t); ~bgFU
} R9{6$djq\:
E-l>z%
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。 9erTb?@S
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 jMg Ni@
>:8GU f*
return l(rhs) = r; D*heYh
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。 az7L0pp
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: V[CS{Hy'
he
9qWL&^G
template < typename Tp > k4eV*e8
class constant_t Z#d_<e?
{ m/CA
const Tp t; d[jxU/.p;
public : 5'.j+{"
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} !k Hpw2
template < typename T > 6D)
vY
const Tp & operator ()( const T & r) const 9].!mpR
{ I 8e{%PK
return t; 3xbA]u;gp
} )4 "G1R`3
} ; D{\hPv
ASPfzW2
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 v;irk<5
下面就可以修改holder的operator=了 P3);R>j
!%sj- RMvG
template < typename T > o)srE5
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const DL<r2h
{ 4,UvTw*2z
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Bz]j&`
} 9qW^@5
m
^\J/l\n
同时也要修改assignment的operator() E2 #XXc
XP~4jOL]
template < typename T2 > 3<#4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Y[@$1{YS
现在代码看起来就很一致了。 m8#+w0p)
mam|aRzd
六. 问题2:链式操作 r C$ckug
现在让我们来看看如何处理链式操作。 `UGHk*DL)
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。 pb6z)8
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。 %E,s*=j
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。 @/yef3
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct [iB`- dE,
67%o83\
template < typename T > +Z#lf
struct result_1 89?AcZ.D
{ ?HAWw'QW
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; |'Z6M];8t
} ; n:x6bPal]
NqVe{+1x
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: _.yBX\tf[
=X]$J@j
template < typename T > |?i-y3N
struct ref pd/{yX M
{ q>?uB4>^
typedef T & reference; =; `+^
} ; c5nl!0XX
template < typename T > eBlVb*nmq
struct ref < T &> CZuV{Oh}?
{ L1
O\PEeT
typedef T & reference; P]bI".A8
} ; &FW|O(]
*C}vy`X
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 1-Sc@WXd
f@]4udc e
template < typename T > 'OK)[\
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const t9;yyZh
{ Yx>=(B
return l(t) = r(t); R*VJe+5w
} E0o=
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。 z%<Z#5_N
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 &J,MJ{w6"
2<y!3OeN
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 ]KBzuz%
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: (ylpH`
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 )u7y.o
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 i*_T\_=
最后的布局是: tn>$5}^;
Add 4U(W~O
/ \ UMuRB>ey
Divide 5 0L9z[2sj
/ \ hW P$U
_1 3 k}(C.`.
似乎一切都解决了?不。 6av]LY K
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。 :}i
#ODJ
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。 n3SCiSr
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: b%z4u0
F]:@?}8R
template < typename Right > /{gCf
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const /4}{SE
Right & rt) const 07:CcT
{ oj/,vO:QT
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); )S]4
Kt_
} z^;*&J
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 2^'|[*$k1@
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 U ]Ek5p
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 eZ'J,;
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 s,!+wHv_8
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 ?ey!wcv~
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? *G"L]Nq#
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: +]
s"* 'V$
hN=YC\l
template < class Action > QVA)&k'T,
class picker : public Action eo.y,U h
{ 38ChS.(
public : %9cu(yc*}
picker( const Action & act) : Action(act) {} _ +q.R
// all the operator overloaded kC"lO'
} ; z%Pbs[*C
(,z0V+!
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。 =BzyI
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: G}<%%U D
jq#uBU%
template < typename Right > i"V2=jTeBv
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const J$JXY@mBSC
{ T1sb6CT
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); )4q0(O)d
} I
CCmE#n
E`]lr[
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > *.nC'$-2r
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。 (\S/
MhaN+N
template < typename T > struct picker_maker t6V@00M@
{ k`[ L
typedef picker < constant_t < T > > result; u2%/</]h
} ; *8ykE
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > X2^`Znq9
{ nKPvAe(
typedef picker < T > result; /G[; kR"
} ; j5QS/3
RRR'azT
下面总的结构就有了: O%?noW
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。 %<8@NbF
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。 sz}YXR=m
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 DG1C_hu
i
至此链式操作完美实现。 & c a-
ozv:$>v@"
vF,\{sgW
七. 问题3 B]jN~CO?
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。 WB~
^R<g
,QU2xw D[
template < typename T1, typename T2 > S^ij %
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ZtG5vdf
{ 94Wf ]
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); rN* ,U\q
} H%2Y8}
aM/sD=}
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: B^`'2$3
jF4h/((|EU
template < typename T1, typename T2 > nW?DlECo?
struct result_2 T
<J%|d .'
{ woIcW
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 0=]RG
} ; U6SgV
8
l{OU\
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? mqPV
Eo
这个差事就留给了holder自己。 e}e|??'(\
E07g^y"}i
#SWL$Vm>
template < int Order > (KQAKEhD!
class holder;
wbg_%h:
template <> &Xw{%Rg
class holder < 1 > 5T]GyftFV
{ aDr46TB`J
public : v}w=I}<x
template < typename T > tu(k"'aJ
struct result_1 n$>E'oG2t
{ O%:EPdoU
typedef T & result; 1~X~"M
} ; )<W6cDx'H+
template < typename T1, typename T2 > F=}-ngx8&
struct result_2 nU]4)t_o\
{
=FZt
typedef T1 & result; eq>E<X#<
} ; erG@8CG
template < typename T > dno=C
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const mMLxT3Ci8
{ )./pS~
return (T & )r;
&Uqm3z?v
} P\#z[TuHKC
template < typename T1, typename T2 > ) {=2td$=$
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ;-Bi~XD
{ 9D
2B8t"a
return (T1 & )r1; %\xwu(|kN
} -.#He
} ; |cZKj|0>
Id->F0x0
template <> 5$SO
class holder < 2 > iM'{,~8R5
{ {UX[SAQ
public : 3PS(1
template < typename T > q r12"H
struct result_1 XsE] Z4
{ h9Zf4@w
typedef T & result; ]A*v\Qy
} ; G4Y]fzC
template < typename T1, typename T2 > b.jxkx\nt
struct result_2 ,XmTKOc
{ NNUm=g^
typedef T2 & result; G(piq4D
} ; d9/YW#tm
template < typename T > @WuB&uF=d
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const K>H_q@-?f
{ 1EW-%GQO
return (T & )r; e<