一. 什么是Lambda ;l b@o,R :
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 W[W}:@KZ
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, 4[]4KKO3Q2
FZtIC77X5
<N;HB&mr
g*#.yC1/
class filler &mvC<_1n
{ uod&'g{N
public : U,u\o@3A
void operator ()( bool & i) const {i = true ;}
bR5+({yH
} ; wg,w;Gle
*9Nq^+
]^^mJt.Iv
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: VSt)~
*]
cm{N
j kIgEF2d*
JuT~~Z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); :>g*!hpb
dAcy;-[[P
) >SU J^u
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 oos7x6
ZjXpMx,
'e>0*hF[
<Cw)S8t
二. 战前分析 LY^pmak
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。 g k[8'
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 anTS8b
v9OK
<
%A dE5HI-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); J_A5,K*r|
/* --------------------------------------------- */ _0<EbJ8Z
vector < int *> vp( 10 ); V1j5jjck
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Q_F8u!qrZ
/* --------------------------------------------- */ /-l 7GswF
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); {\L /?#
/* --------------------------------------------- */ KZw"?%H[
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Ln})\
UDK)
/* --------------------------------------------- */ =:zmF]j9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); O&?i8XsB
/* --------------------------------------------- */ x\Bl^1&
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); :YU_ \EV
n%]1p36
{`vF4@
mRw &^7r
看了之后,我们可以思考一些问题: z17x%jXy
1._1, _2是什么? %klC&
_g~_
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。 k!K}<sX2
2._1 = 1是在做什么? @""aNKA^r>
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。 S3u>a\
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。 D0D0=s
8-c1q*q)
0S0 ?\r
三. 动工 r(IQ)\GR
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: `)FSJV1
G _{x)@
c@%:aiEl
_
a|zvH
template < typename T > LoQm&3/
class assignment y1!c:&
{ +^
n\?!
T value; ON|Bpt2Qp
public : ^ 9
gFW $]
assignment( const T & v) : value(v) {} q/[)Z
@&(
template < typename T2 > 0 V:z(r
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } mYf7?I~
} ; ]?p&sI4
j_VTa/
"If]qX(w
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 -ckk2D?
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ,c#=qb8""
p=vu<xXtD
/pZ]:.A
u;m[,
class holder K'EGm #I
{ FOxMt;|M
public : L$^ya%2
template < typename T > 7KOM,FWKe
assignment < T > operator = ( const T & t) const y| *X
{ Mj2o>N2,
return assignment < T > (t); sBGYgBu!a
} &R:$h*Wt|
} ; M}E0Msq_o
Q%61_l
n$n)!XL/
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: y -j3d)T
c=iv\hn
static holder _1; 7yGc@kJ?
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 qi7(RL_N
#'N"<o[
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); s*<\mwB
而不用手动写一个函数对象。 O`_!G`E
=c
3;@CO
v|:2U8YREf
zi7,?bD
四. 问题分析 ##~";j
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。 EY=`/~|c
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。 f$vWi&(
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Ffxf!zS
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。
f$Fa*O-
下面我们可以对这几个问题进行分析。 eYd6~T[9
R0dIxG%
五. 问题1:一致性 `NqX{26GV+
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?| VPG+]>*
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 0Q^ -d+!
(\^| @
struct holder nA:\G":\y
{ 5g9lO]WDI
// =WFn+#&^
template < typename T > d1YE$
T & operator ()( const T & r) const 4 [2^#t[
{ <i9pJGW
return (T & )r; 5ve4 u
} DA'A-C2
} ; v0EF?$Wo
,MkldCV
这样的话assignment也必须相应改动: u2=gG.
wfr+-
template < typename Left, typename Right > WVaIC $Y
class assignment Q2[@yRY/z
{ W\xM$#)m
Left l; HZ$q`e
Right r; FwU*]wx|{
public : 'Oyx
X
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} e_3KNQ`kA
template < typename T2 > c5~d^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } (x7AV$N
} ; TUeW-'/1
56!>}!8!
同时,holder的operator=也需要改动: joaf0
0fc]RkHs"
template < typename T > v/% q*6@
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Qg]8~^Q<
{ x!rHkuH~
return assignment < holder, T > ( * this , t); 2?; =TJo$
} Zkn$D:
T*"15ppfk
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 " bHeNWZ
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 d~[^D<5,D
pPztUz/.
return l(rhs) = r; IT \Pj_
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 !6:q#B*
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ;9cBlthh
9T*%CI
template < typename Tp > A=X2zm>9
class constant_t ag6hhkjA
{ *,9.Bx*
const Tp t; D7Y5q*F
public : f3h&K}x
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} , WF)GS|7V
template < typename T > a$p2I+lX
const Tp & operator ()( const T & r) const YM9oVF-
{ %9|=\#
G
return t; c`UJI$Q/
} Zp|LCE"
} ; [0GM!3YJ7
02]9OnWw
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 SfE^'G\
下面就可以修改holder的operator=了 &k3'UN!&Ix
5G8`zy
template < typename T > v | /IN
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ZIAiVq2)
{ HF-Msu6
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); NEQcEUd?
} OwGl&
w $7J)ngA9
同时也要修改assignment的operator() :)nn/[>fC
6Rn_@_Nn)f
template < typename T2 > &/lJ7=Nq
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } n<:/ X tE
现在代码看起来就很一致了。 qQR>z
N}\Da:_
六. 问题2:链式操作 JbYv <
现在让我们来看看如何处理链式操作。 i L1.R+
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 [~)i<V|qJ
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 8eP2B281
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 0_bt*.wI+
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct @18@[ :d"
z]>aWH}$
template < typename T > yy?|q0
struct result_1 3m4?l
~
{ ( DwIAO/S
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; uAyj##H
} ; CGg:e:4
w_^&X;0^
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: <W,k$|w
8aGZ% UI
template < typename T > 0c1}?$f[?%
struct ref lg;Y}?P
{ <Q=ES,M
typedef T & reference; 8{Y
?;~G
} ; OR a!84L
template < typename T > tH:ea$A
struct ref < T &> 5S7`gN.
{ U6X~]| o
typedef T & reference; lGPC)Hu{`
} ; cFUYT$8>
LF%1)x
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: <Xy8}Z`s
zx(j6
template < typename T > W _b$E
=
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const o;Zoj}
{ vyV n5s
return l(t) = r(t); t@.gmUUA
} K@n.$g
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 QY+#Vp<`
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 f'FY<ed<w
T<54qe4`p
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 w^|,[G^}H
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 'n:Ft
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ZX-9BJ`Q
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Q77qrx3
最后的布局是: ![Ip)X
OG
Add S$+ v? Y`)
/ \ #j-,#P@
Divide 5 !+uMH!
/ \ A</[Q>8
_1 3 A ws#>l<
似乎一切都解决了?不。 1A E/ILGo
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。 18[f_0@ #
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。 .yTk/x?
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: `zzX2R Je
MCh8Q|Yx4
template < typename Right > 6S6nE%.3
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const jLQjv
Right & rt) const %4 SREq
{ G)#
,39P
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); "[[fQpe4@
} W$'pUhq\H
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ]`.
d%Vx
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 ik$wS#1+L
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。 ZC2C`S\xr
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。 |Y'$+[TE
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 r`;C9#jZ
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? ,xTbt4J
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: +W;B8^imG
Ep?a>\
template < class Action > *<Ddn&_
class picker : public Action HO@T2t[
{ Y43#];
public : JG( <
picker( const Action & act) : Action(act) {} mr('zpkRq
// all the operator overloaded `|/|ej]$P
} ; Q ,;x;QR4
b8]oI"&G