一. 什么是Lambda 3T)GUzt`
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 wLyQ <[$
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, =\;yxl
Q@B--Omfh
9aYDi)
:<$B o
class filler y{CyjYpz^
{ |_q:0qo
public : : tKa1vL
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ~^#F5w"
} ; #jdo54-
tmM8YN|
6E~T$^Q}
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: zrD];DP
&?\'Z~B4
^MJT lRUb
1<Fh
aK
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); hs'J'~a
rO8Q||@>A
NHKIZx8sR
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 n3w(zB
?'F>DN
.I%p0ds1r
sU>!sxW
二. 战前分析 HZ$q`e
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 gG;d+s1
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 `uRf*-
V\k?$}
L`E^BuP/
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); V_Owi5h
/* --------------------------------------------- */ S}zh0`+d'Z
vector < int *> vp( 10 ); pAwmQS\W
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); C1
qyjlR
/* --------------------------------------------- */ a&yIH;-
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); XEd|<+P1
/* --------------------------------------------- */ %si5cc?
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); JN;92|x
/* --------------------------------------------- */ V. sIiE
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ~I^}'^Dbb
/* --------------------------------------------- */ 1o5DQ'~n
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 9y/gWE
1]eh0H
4h:R+o ^H^
Yv0;U Kd
看了之后,我们可以思考一些问题: qkX}pQkG)h
1._1, _2是什么? s':fv[%
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。 H`!%"
2._1 = 1是在做什么? yl63VX8w}
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。 XAN{uD^3\%
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。 7/*a
n7UZ&ab
Qg]8~^Q<
三. 动工 nsChNwPX
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类:
Jz(!eTVs
W`zY\]
#@h3#IC
(GnwK1f
template < typename T > ,BuN]9#
class assignment -!]Ie4"
{ QW~-+BD
T value; *ml&}9
public : J7.}2
assignment( const T & v) : value(v) {} FS.z lk\D=
template < typename T2 > _;*|"e@^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } =}@m$g
} ; F12tOSfu*
xW84g08_,
]s
lYr8m
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ~'/I[y4t
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment h'8w<n+%)
7Gb(&'n
0(9]m)e
N7lWeF
class holder LM_/:
{ Pw4j?pv2
public : %,9iY&;U"
template < typename T > *|c*/7]<
assignment < T > operator = ( const T & t) const U'iL|JRF
{
.*H0{
return assignment < T > (t); ^/+0L[R
} r30t`o12i
} ; *,9.Bx*
2i);2>HLG
%I]?xe6
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: y]OW{5(
T7W*S-IW
static holder _1; \Fhk>
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 _#c^z;!
4uip!@$K
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 5- Q`v/w;
而不用手动写一个函数对象。 H!dUQ
%9|=\#
G
A@/DGrZX
}K=TB}yY
四. 问题分析 J90q\_dY.
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。 jjgY4<n
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。 $q}}w||e~0
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 *!De(lhEc
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 x/$s:[0B#
下面我们可以对这几个问题进行分析。 WWF#&)ti
Y=3:Q%X
五. 问题1:一致性 "4FL<6
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?| e=t?mDh#E
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 C~M~2@Iori
uNLB3Rdy}
struct holder [c?']<f4
{ S3"js4a
// M%7H-^{
template < typename T > !M~p __
T & operator ()( const T & r) const
z"BV+
{ Y[8w0ve-g
return (T & )r; J.x>*3<l
} D5X;hd
} ; H3 _7a 9
FAu G`zu
这样的话assignment也必须相应改动: }I7/FqrD
;??wLNdf-
template < typename Left, typename Right > 6l#1E#]|
class assignment fSp(}'m2L
{ 3mn0
Left l; +j 5u[X
Right r; &?3?8Q\
public : 1QRE-ndc
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} P9J3Ii!
template < typename T2 > 8|[\Tp:;
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 78tWzO
} ; :V2j'R,
<p(&8P
同时,holder的operator=也需要改动: P f oAg*
D%LM"p
template < typename T > *?oQ6g(Nz
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const v8Nc quv
{ aDa}@-F&a
return assignment < holder, T > ( * this , t); o}5:vi]
} Yfy6o6*:
$4kc i@.
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 XKp %7;
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 1Qf21oN{
k>{i_`*
return l(rhs) = r; ( DwIAO/S
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 @1P1n8mH]
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: s<qSelj
:o$ R@l
template < typename Tp > G*BM'^0+
class constant_t h~elF1dG
{ xtjTU;T
const Tp t; 9Q :IgY?T
public : ,$3
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} \E.t=XBn
template < typename T > e%G-+6
const Tp & operator ()( const T & r) const .]Z M2
{ {mL/)\
return t; f7X#cs)a
} &tZ?%sr
} ; UA,&0.7
MCQ>BP
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 lf|e8kU\f
下面就可以修改holder的operator=了 U6X~]| o
'KQ]7
template < typename T > W<2%J)N<
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const uYL6g:]+ZC
{ *D<S \6=
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); LF%1)x
} (W+9 u0Zq
*wp'`3y}
同时也要修改assignment的operator() !U>"H8}dv
aJMh>
template < typename T2 > W _b$E
=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ( uOW5,e7
现在代码看起来就很一致了。 [CPZj*|b
}p t5. 'l
六. 问题2:链式操作 _DC/`_'
现在让我们来看看如何处理链式操作。 g)$Pvfc
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 OJ UM Y<5
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 =&"Vf!7YR7
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 D0i84I`Z%
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct bS/` G0!
ENC_#-1x
template < typename T > =(v!pEF
struct result_1 F.A<e #e?
{ ^&&dO*0{
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; g) v"nNS
} ; O%o#CBf0
NG'VlT
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ErESk"2t
PR|Trnd&D
template < typename T > Z55,S=i
struct ref lha)'
{ Ef,@}S
typedef T & reference; '0
(Bb
} ; _$ixE~w-!
template < typename T > *,
*"G?
struct ref < T &> FZ=6x}QZ
{ cYR6+PKua
typedef T & reference; />ob*sk/Y
} ; .?I!/;=[
A ws#>l<
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: V"$t>pAG
Sa,N1r
template < typename T > =V5.c+
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const .yTk/x?
{ sF+0v p
return l(t) = r(t); I J4"X#Q/
} %-A8`lf<
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。 2 )j\Lg_M
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 1.,mNY^UN
t C 6 c4j
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 FG#j0#|*
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是:
"rX=G=
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ]3={o3[:
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 G)#
,39P
最后的布局是: R1Pnj
Add (X>y)V
/ \ @0
-B&w
Divide 5 j%p~.kW5
/ \ ]`.
d%Vx
_1 3 Z}NAH`V`:+
似乎一切都解决了?不。 cJA:vHyw
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。 #
Jdip)
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。 5?O/Aub
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: Q`vyDoF
?>%u[g
template < typename Right > k5/nAaiVE
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ,xTbt4J
Right & rt) const Y~vTFOI
{ U~H'c
p
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Ep?a>\
} 0'py7
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 \^#1~Kx
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。 DGd&x^C
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。 L//sJe
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。 (VO Ka
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。 fwq|8^S@
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? ^mJvB[ u|
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: 8W$="s2
3LXpe8$lJ
template < class Action > ("lcL2Bq
class picker : public Action Vbj?:29A
{ PzV(e)~7
public : '^/E2+
picker( const Action & act) : Action(act) {} Bw_Ih|y,w
// all the operator overloaded /ruf1?\,R
} ; 6~!YEuA
8^R>y
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。 8m1zL[.8g
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: z=K5~nU
,B#Y9[R
template < typename Right > ^m+W
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const vlPE8U=
{ J,D{dYLDD
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); &