一. 什么是Lambda b"eG8
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 8>'vzc/*>
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, V-lp';bD
i)@H
,p6o "-
8i^d*:R
class filler @UW*o&pGqL
{ 4d%QJ7y
public : U?j[
8z
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} c
Sktm&SP
} ; 3u4P
[
ADB,gap
v|:TYpku3
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: zZiga q"
`FmRoMW9+
T_oL/x_;
:)kWQQ+,
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); x*wr8$@J
t{O2JF#5u
J"Nn.iVq
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 #4F0o@Z
!gj_9"<
$`_xP1bUT
F<(?N!C?@
二. 战前分析 66HxwY3a
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 Nh+XlgXG
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 ~;I'.TW
PF:'dv
%Ktlez:S
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); eMUsw5=
/* --------------------------------------------- */ RIq\IQ_|
vector < int *> vp( 10 ); g4GU28 l
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); OGPrjL+
/* --------------------------------------------- */ 0[1/#0$
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); A3Y}|7QA
/* --------------------------------------------- */ mf\@vI
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ZC9S0Z
/* --------------------------------------------- */ vzZ"TSP
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 6 IKi*}
/* --------------------------------------------- */ I~25}(IDZ"
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ]GXE2A_i;
PGA
`R
K&;/hdS=F
F`57;)F
看了之后,我们可以思考一些问题: I GB)
1._1, _2是什么? G9h B p
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。 hc]5f3Z
2._1 = 1是在做什么? $#FA/+<&$
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。 Cd7l+~*Y
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。 1_z~<d
@?;
aV G4Df
Y{2L[5_1
三. 动工 P*kC>lvSv
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: eKL3Y_5p@
B2,JfKk/
'V}4_3#q
9 tIE+RD
template < typename T > O:+?:aI@
class assignment R^Y_i
{ |/;X-+f8
T value; y-o54e$4Cq
public : idNg&'
assignment( const T & v) : value(v) {} en29<#8TO
template < typename T2 > |. LE`
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } I->4Q&3
} ; ]SNcL[U
M(<.f}yZQ
vSGvv43G
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ^q/_D%]C
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment lM[FT=M
bw OG|\
u-HBmL
U$j?2|v-x
class holder =yLJGNK[
{ Y$ '6p."=
public : p-B
|Gr|
template < typename T > h3P ^W(=&
assignment < T > operator = ( const T & t) const a f UOIM
{ xoN?[
return assignment < T > (t); KNqs=:i
} >+2gAO!
} ; 3zo:)N \K
\mDBOC0eK
~3qt<"
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: n{xL1A=9
L'<.#(|
static holder _1; I'%ASZ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 rjL4t^rT
obSLy
Ed
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); /@+[D{_Fw
而不用手动写一个函数对象。 D@o8Gerq~
`8G {-_
a_o99lP
lIgAc!q(
四. 问题分析 _BBs{47{E
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。 $Ce;}sM
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。 |TCg`ZS`cZ
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 287)\FU;3
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 jQ9i<-zc
下面我们可以对这几个问题进行分析。 uui3jZ:
,w0Io
五. 问题1:一致性 u]s}@(+.
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?| _?a.S8LxJZ
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ,_RPy2N
:x36Z4:
struct holder Yo[Pu< zR
{ xaW9Sj0ZM
// Qs;MEt 1
template < typename T > Q7XlFjzcm
T & operator ()( const T & r) const {V5eHn9/Q'
{ 5FwVR3,
return (T & )r; FP9FE `x
} >IE`, fe
} ; do=s=&T
{Q
AV
这样的话assignment也必须相应改动: ^6FU]
!MQVtn^C#
template < typename Left, typename Right > F]6$4o[
class assignment #qg(DgH
7
{ b]@@x;v$@
Left l; ]6z ;
M;F`
Right r; >0.a#-u^
public : ?$ 0t @E
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} CC.ri3+.
template < typename T2 > j2Uu8.8d
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ;'4HR+E"
} ; >^zbDU1wT
d^ZrI\AJ
同时,holder的operator=也需要改动: w}r~Wk^dLI
K#4Toc#=V
template < typename T > {x<yDDIv_
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 0:qR,NW^#
{ xoyH5ZK@
return assignment < holder, T > ( * this , t); Wd]MwDcO
} *1CZRfWI
vDcYz,
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。 JFh_3r'
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 KIYs[0*k
|7%#z~rT
return l(rhs) = r; <-F[q'!C1
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。 ^>m"j6`h,
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: a474[?
,'>O#kD
template < typename Tp > M*7:-Tb]C
class constant_t HAc1w]{(
{ Bd>a"3fA
const Tp t; ,BE4z2a
public : %rq/jC
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} %3mh'Z -[f
template < typename T > d{*e0
const Tp & operator ()( const T & r) const )T!3du:M
{ l&oc/$&|[
return t; t$-!1jq
} ,8Q&X~$rY
} ; )l[bu6bM
g0>Q* x
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 98LyzF9
下面就可以修改holder的operator=了 :C9vs
l{4rKqtX
template < typename T > )k6kK}
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 'O[0oi&
{ h#(J6ht
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); l-<EG9m@
} C5x*t Q|
L{Kl!
同时也要修改assignment的operator() @t4OpU<'*b
Ji7<UJ30x
template < typename T2 > D'<'"kUd
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } bW^JR,
现在代码看起来就很一致了。 6gTc)rhRT
OS sYmF
六. 问题2:链式操作 DZqY=Sze
现在让我们来看看如何处理链式操作。 vfloha p
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 pgEDh^[MW
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 NGVl/Qd
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 VQl(5\6O
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ,'&H`h54
JUdQ Q
template < typename T > y87oW_"h
struct result_1 xj;V
{ OmLe+,7'
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; *:V+whBY
} ; Z,7VOf6g
12HE=
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 4rrR;V"}
]..7t|^b&
template < typename T > 'mO>hD`V
struct ref =SVb
k
{ Js/QL=,
typedef T & reference; -T{G8@V0I
} ; "WZ |
template < typename T > ][`% vj9r
struct ref < T &> E_T!|Q.
{ @^Yr=d ba
typedef T & reference; a9y+FCA
} ; t$g@+1p4
3 @%XR8ss
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 4}F~h
yZkS
template < typename T > {3!E8~
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const t[o_!fmxZ
{ a6!|#rt
return l(t) = r(t); ,)ZI&BL5
} r1/9BTPKdJ
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。 JsHD3
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 hO; XJyv
&gsBbQ+qA
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 p> g[: ~
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: v W4n>h}]
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 AL;4-(KH
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 %uDH_J|^
最后的布局是: "NtY[sT{V
Add R*DQLBWc
/ \ 7>
8L%(7
Divide 5 Fs&r^ [/b
/ \ t ^~Qv
_1 3 9PdD =9HH
似乎一切都解决了?不。 CaR-Yk
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。 .?kq\.rQ
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。 `k`P;(:
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: Y&-%
N
Uj)Wbe[)p0
template < typename Right > ~3Y4_b5E
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const c3.;o
Right & rt) const ?OS0.
{ tmi)LRF
H
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); u(i=-PN_<
} i!EAs`$o`
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 {r'+icvLX
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 X}H?*'-
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 U=PTn(2
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 ^@^K
<SVc
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 `T{'ufI4B
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? hlmeT9v{
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: @MO/LvD
V.Tn1i-v
template < class Action > PU8dr| !
class picker : public Action )6(|A$~C+
{ 3,- [lG@o
public : >:HmIW0PLe
picker( const Action & act) : Action(act) {} [Qcht,\^v
// all the operator overloaded Z@}qL1
} ; f+1@mGt
?AK`M #M
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。 J4u>77I
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: [0vqm:P
IKV!0-={!z
template < typename Right > 0o!mlaU#
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 8Qhj_
{ Xw3j(`w$,
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); a|#TnSk
} 9{
#5~WP
N&