一. 什么是Lambda O"J"H2}S
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Bv#?.0Ez;
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, GIhFOK
'u6n,yRm
a&u!KAQ
%uvA3N>
class filler $f+cd8j?o
{ HJt
'@t=Ak
public : 6xx(o
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Wu'9ouw!
} ; A[uB)wWsn
Jv?EV,S/e
S{N=9934_
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: Ey{p;;H
SNSHX2
A[m<xtm5K
co-1r/
-O
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); $Ww.^ym
RSCQ`.
Hp[i8PJ
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 uzIM?.H
Tt4Q|"CJA
Xq}}T%jcd
sK8sxy
二. 战前分析 :KS"&h{ SY
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。 z=Xh
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 }yw>d\] f
mSGpxZ,IE
kt+h\^g
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); yJMo/!DZ
/* --------------------------------------------- */ GU]kgwSfi
vector < int *> vp( 10 ); <,Mf[R2N>
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); L. 8`5<ITw
/* --------------------------------------------- */ uw(Ml=
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Gh352
/* --------------------------------------------- */ FcyFE~>2
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Nw1Bn~yx<R
/* --------------------------------------------- */
`cPZsL
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 8Yo;oHk7
/* --------------------------------------------- */ *E+VcU
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); yQf(/Uxk*x
Adgfo)X5
^DVryeLD
e$E>6Ngsr
看了之后,我们可以思考一些问题: #Y'ewu;qJ
1._1, _2是什么? p-H}NQ\
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 T[MDjhv'
2._1 = 1是在做什么? a*uG^~
).
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 1\nzfxx
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 O`T_'.Lk
^fmuBe}d{
W)8Pq9Hnv
三. 动工 G!o6Y:1!
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: I@TH^8(
N1"p ;czK
Wl}J=
4'Ya-xx
template < typename T > 0[ (kFe
class assignment D[)_
f
{ N:~4>p44[
T value; a'r1or4
public : }KT$J G?
assignment( const T & v) : value(v) {} 15OzO.Ud
template < typename T2 > 59i2*<k
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } E6M*o+Y
} ; PcjeuJZ
9 9^7Ek!z#
O%w'nz"
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 3#y`6e=5
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment [z!pm-Ir
=Aw`0
%evtIU<h
A5Q4wy`
class holder x,|fblQz
{ trB-(B%5
public : VF g(:
template < typename T > .[Qi4jm>`
assignment < T > operator = ( const T & t) const \fp'=&tp~a
{ b_7LSp
return assignment < T > (t); ~(B%E'
} "=LeHY=9
} ; KtArV
HZ1 nuA
)0g!lCfb
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: `gyke2n
/F6"uZSt4
static holder _1; .1z=VLKF'
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 .zTkOkL
Fk9]u^j
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); f4&;l|R0a
而不用手动写一个函数对象。 yYSoJqj
Q
9e.$x%7j
^%tn$4@@Z.
%e)?Mem
四. 问题分析 5\h 6'
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 yXqC
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 T#i~/
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 <":83RCS
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 .gt;:8fw{
下面我们可以对这几个问题进行分析。 <j/wK]d*/
q=-h#IF^
五. 问题1:一致性 6ND*L0
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| #2"'tHf4
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 9+/D\|"{
V]m}xZ'?^
struct holder s_^N=3Si
{ l/"!}wF
// &N]e pV>
template < typename T > %~kE,^
T & operator ()( const T & r) const YY(_g|;?8
{ 9c[bhGD?
return (T & )r; 53d`+an2
} k'+y
} ; d_ x
jW
MZxU)QW1
这样的话assignment也必须相应改动: '=xO?2U-Z
72_+ b
template < typename Left, typename Right > ,Q.[Lc=w
class assignment TjI&8#AWBA
{ *'tGi_2?(
Left l; ZkO2*;
Right r; ?M6)O?[
public : K\zb+
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} }E[vW
template < typename T2 > AEDBr <
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } (bpRX$is
} ; $!TMS&Wk
-]{
_^
同时,holder的operator=也需要改动: \(;u[
D,|TQQ
template < typename T > uH,/S4?X
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const R(,m!
{ 4'`H H
return assignment < holder, T > ( * this , t); b5I 8jPj4c
} gm=C0Sp?
wy{sS}
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。 :ln?PT
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 w4_Xby)
i_QiE2d
return l(rhs) = r; d$xvM
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 _wX(OB
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 3<N2ehi?
:>Qu;Z1P
template < typename Tp > )X:Sfk
class constant_t og~a*my3
{ 3x7fa^umR
const Tp t; 5wha _Yet
public : I+S fZ:q^
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} <#199`R
template < typename T > /q,=!&f2
const Tp & operator ()( const T & r) const H8B2{]HAt
{ ;uv$>Fauk
return t; AK%&Kq&PaY
} cLvnLaA}
} ; lj:.}+]r
w=: c7Y+
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 p#-=mXE/2
下面就可以修改holder的operator=了 mAY/J0_
>j*0fb!:]
template < typename T > s{{8!Q
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 'tcve2Tt
{ zAvI f
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); @<X[,Mj
} ,fN <I
ZNpC&
"`G
同时也要修改assignment的operator() b$_qG6)IJO
p@O,-&/D
template < typename T2 > z@?y(E
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } }NRt:JC
现在代码看起来就很一致了。 qs= i+
mwN"Cu4t
六. 问题2:链式操作 m7RyFnR2
现在让我们来看看如何处理链式操作。 .j"heYF)
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 x\yr~$}(J
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。 ;]=@;? 9
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。 JUXBMYFus
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct !0|&f>y
L<XX?I\p
template < typename T > [+#k+*1*o
struct result_1 \
bWy5/+
{ wZbT*rU
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; $sZ4r>-
} ; Z#[%JUYp'
+ZGH
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: k6GQH@y!
xDSiTp=)O
template < typename T > qW|h"9sr
struct ref ;=E}PbZt2
{ HZS.%+2
typedef T & reference; m!!;CbPo
} ; 6 b?K-)kL
template < typename T > R/Sm
struct ref < T &> t6kLZ
{ TDy)A2Z
typedef T & reference; )56L`5#tS
} ; gp~-n7'~O
_ouZd.
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: | z_av
!{ _:k%B
template < typename T > AW9%E/{
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const DT6BFx
{ rM6S%rS
return l(t) = r(t); {{[@ X
} z|Xt'?9&n
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。 $P#+Y,r~\
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 xB?!nd
30(e6T;
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 +W8#] u|
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: :D>flZi
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 [nX{sM%
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 -;RAW1]}Y$
最后的布局是: V:+vB "
Add d{(Rs.GuP
/ \ :B|rs&
Divide 5 jGJf[:M&Pm
/ \ +9')G-`qj
_1 3 pCa~:q*85
似乎一切都解决了?不。 rq1~%S
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。 EG8z&^O x
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。 &9.3-E47*
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: 5GPAt
sk0/3X*Q%
template < typename Right > 9)j"|5H
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 7)Tix7:9S;
Right & rt) const #^ .G^d(=
{ `ZP[-: `
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); t*6C?zEAU
} f^5sJ0;%
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Y2N$&]O{
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 ANj%q9e!Yi
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 2"P1I
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 qEdY]t
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 h\Zh^B6J
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? NA/Sv"7om
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: 3=UufI
iU~d2R+
template < class Action > <8Z%'C6d
class picker : public Action "/UPq6
{ M$f_I +
public : rfZg
picker( const Action & act) : Action(act) {} ^BI&-bR@
// all the operator overloaded 9+5F(pd(
} ; c]z^(:_>
Ml+f3#HP
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。 8-b~p
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: 6G-XZko~a
K+yi_n L
template < typename Right > &;GoCU Le
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Esg:
{ 2elj@EB,M
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); F[.IF5_
} 2Y=Q%
"[Tr"nI
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Kj6+$l
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 6e}T
zc\@(
A?)(^
template < typename T > struct picker_maker nRX<$OzTV
{ 8@T0]vH&
typedef picker < constant_t < T > > result; G~Y#l@8M+
} ; Xa&:Hg<
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > AJzm/,H
{ lWf(!=0m
typedef picker < T > result; ?:zMrlX
} ;
Ox'KC
% %2~%FVb
下面总的结构就有了: u/\Ipk/
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。 otP2qAI
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。 )S_%Ip
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 )MX%DQw
至此链式操作完美实现。 %U1HvmyK
Ja@?.gW
C|QJQ@bj0
七. 问题3 :+ "JPF4X
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。 A+3=OBpkW0
O9{A)b!HB
template < typename T1, typename T2 > 8R;E+B{
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const BMhuM~?(
{ rmI@ #'
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 0XL[4[LdA
} q93V'[)F
i{J[;rV9
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: >>=v`}
z_z'3d.r7
template < typename T1, typename T2 > a1weTn*
struct result_2 RZj06|r8
{ <)@^TRS
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; _)#~D*3
} ; D,uT#P
y|wR)\
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? ACgWT
这个差事就留给了holder自己。 &0-Pl.M
H{Na'_sL
27H4en; o=
template < int Order > dBW#PRg
class holder; <5sfII
template <> } x'o`GuUf
class holder < 1 >
+!wkTrV
{ uQW d1>
public : `"bp-/
template < typename T > [{_K[5i
struct result_1 .:, 9Tf
{ I]ol[
X0S
typedef T & result;
lx~mn~;x
} ; lt}U,p,S
template < typename T1, typename T2 > aII:Pzh]B
struct result_2 @;d7#!:cE
{ Je`
w/Hl/U
typedef T1 & result; Q9t.*+
} ; 0+S'i82=M
template < typename T > z7lbb*Xe
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const nSU7,K`PM
{ h6(L22Hn
return (T & )r; .O.fD
} WJ]g7!Ks
template < typename T1, typename T2 > :#W>lq@H
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const w;^7FuBaC
{ /s`xPxvt
return (T1 & )r1; <NM Os"NB
} UgLJV2M6
} ; mHC36ba
GJuU?h#:/{
template <> ;V1e>?3
class holder < 2 > %!)Dk<
{ ,u>K##X\
public : -QP1Se*#
template < typename T > gH/k}M7tA#
struct result_1 )$I"LyK)
{ ~bJ*LM?wOP
typedef T & result; gJBk&SDgtP
} ; *yA.D?
template < typename T1, typename T2 > 885
,3AdA
struct result_2 22m'+3I~Y
{ 2E3x=
typedef T2 & result; G{oM2`c'#8
} ; p&;,$KDA
template < typename T > :~9F/Jx
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const J7rfHhz
{ cV)~%e/
return (T & )r; GD .>u
} 93#wU})
template < typename T1, typename T2 > &Lgi
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const %|3UWN
{ #Y<b'7yJ
return (T2 & )r2; b~FmX
} aD3Q-a[
} ; 5($
'@u
\(ZOt.3!J
t \C[mw
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 YY<e]CriU
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: Q /\Hc
首先 assignment::operator(int, int)被调用: K?+Rq
`{I-E5x
return l(i, j) = r(i, j); .c.#V:XZ#U
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) ;rH@>VrR
pF"IDC
return ( int & )i; O8ZHIs
return ( int & )j; PK*
$
最后执行i = j; b%,`;hy{
可见,参数被正确的选择了。 -f:uNF]Ls
YEqWTB|w
Bhrp"l
+|
:!Tb/1
v4Q8RE?
八. 中期总结 {z}OZHJN
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: >j$CM:w
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 \D
#NO
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 g @lAk%V4
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor =>6'{32W_
89)rss
Y,@{1X`0@3
I2'UC)
0
_sCpyu
2xd G&}$fa
九. 简化 P1ab2D
很明显,要支持一个操作符所要做的工作太多了,而且在每个functor中申明result_1至result_n,可见如果n发生变化,维护的开销极大。 ]Z\.Vx
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 R#Bdfmldq
首先,我们注意到result_x的形式很统一。对于各种操作符,其返回值无非下列几种: ;=6~,k)
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 3J}bI{3
+-*/&|^等 up7]Yy;o=
2. 返回引用。 L1k_AC1.M
=,各种复合赋值等 <[7.+{qfW
3. 返回固定类型。 YvK8;<k@-?
各种逻辑/比较操作符(返回bool) ?79ABm
a
4. 原样返回。 Tce2]"^;
operator, `D%bZ%25c
5. 返回解引用的类型。 lU.@! rGbw
operator*(单目) 6^.<