一. 什么是Lambda GJuD
:
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 SWGa%6|
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, w${=dW@K
C/vLEpP{(/
jlP7'xt1%
,qHG1#^
class filler ).S<{zm7
{ 9]w0zUOL6
public : ^U?(g0<"
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 9M=K@a
} ; c\'pA^m6
ri;M7rg`.{
Zs{R O
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: Tz-cN
iQIw]*h^
`;qZ$HH
:&-}S>pC
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); :Ir:OD#o
.:raeDrd
T??aVe]c
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 *;d)'7<
<`*P/V
#]N9/Hij#g
^k(eRs;K
二. 战前分析 . R}y"O\
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。 bLzuaNa'
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 |K-lgrA
y
m{/0&7
~b[4'm@
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); @(?4g-*E
/* --------------------------------------------- */ mwCnP8:K
vector < int *> vp( 10 ); 8} k,!R[J
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); X&~Eo
/* --------------------------------------------- */ <^_?hN8.
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); @]tGfr;le&
/* --------------------------------------------- */ 15:@pq\
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); TjK5UML
/* --------------------------------------------- */ 90ag!
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); jq)|7_N
/* --------------------------------------------- */ P0(~~z&%[
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); PZR%8 m}]u
@R&D["!
|Z^g\l.j{
` W>B8
看了之后,我们可以思考一些问题: E|;5Z*
1._1, _2是什么? &RrQ()<as
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。 5O W(] y|
2._1 = 1是在做什么? tQaCNS$=
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 piotd,
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 hF7mJ\
PcHFj+:
wT=hO+
三. 动工 B[B<U~I}
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ;j>d"i36&
cgeS)C7
mRY6[*u
uW9M&"C~
template < typename T > 4Z9 3g{
class assignment mVAm ^JK
{ J\$l3i/I
T value; R<HZC;x
public : [5*-V^m2
assignment( const T & v) : value(v) {} UjOhaj "h
template < typename T2 > |I5?5 J\
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } *m@w^In^
} ; 786_QV
}t3FAy(%
WbWW=(N'd
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 MxEAs}MDv
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment %=8(B.I!
J8BT%
:_a]T-GL
1 "7#|=1/
class holder cu?(P;mQi
{ tB=D&L3
public : N pND/
template < typename T > Sw@,<4S
assignment < T > operator = ( const T & t) const &E
riskI
{ sg"D;b:X
return assignment < T > (t); Zt2@?w;
} 9Pp|d"6]y
} ; ]N"F?3J 8
X7d.Ie
fP1OH&Ar
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: sVdK^|j
?EQ^n3U$
static holder _1; 3e6Y
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 q;zf|'&*7C
tq:tY}:4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %=4ak]As
而不用手动写一个函数对象。 9r+O!kF(
q+n1~AT
UdW(\%
y*b.eO
四. 问题分析 dX@A%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。 {Y:ZY+
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。 .7gE^
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Qb't*2c%
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 r82o[+$u0K
下面我们可以对这几个问题进行分析。 o$`kpr
UnWGMo?JEi
五. 问题1:一致性 _d| 62VS
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?| 1 j^c
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 -A%?T"
H'GYJ ?U"
struct holder km\ld&d]$
{ .e2A*9,
// %;\G@q_p{
template < typename T > `$sY^EX
T & operator ()( const T & r) const 1H4Zgh
U
{ /3[9{r
return (T & )r; 42>m,fb2[
} iqednk%
} ; ^_KD&%M6
bxdXZBn
这样的话assignment也必须相应改动: iE^a%|?}
V}|v!h[O8
template < typename Left, typename Right > zYG,x*IH
class assignment "8muMa8Q%
{ 3[=`uO0\7
Left l; aR)en{W
Right r; V9E6W*IE
public : H[7cA9FI
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} x:?a;m uf
template < typename T2 > '#N5i
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } #jLaIXms
} ; ?S&w0}R
sVZZp
同时,holder的operator=也需要改动: ljJz#+H2_
/"Yx@n
template < typename T > TA0D{
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const lgonR
{ RzzFhU#r
return assignment < holder, T > ( * this , t); 9S1Ti6A
} ?YO=J
%]<RRH.w
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。 \5[D7}
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 3IK(f.
%7]XW 2u
return l(rhs) = r; .b#9q6F-/
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。 2b#(X'ob
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: wVp4c?s
(}C^_q:7d
template < typename Tp > $,;S\JmWP
class constant_t '>e79f-O)
{ P*SCHe'
const Tp t; (H8C\%g:
public : >nhE%:X>
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} <4Q1 2:
template < typename T > !b7'>b'J<1
const Tp & operator ()( const T & r) const k%l_N)38
{ =F'M~3M
return t; f#v#)Gp+
} Jh\:X<q
} ; j6e}7
7rdw`
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 {x[;5TM
下面就可以修改holder的operator=了 X7H'Uk9:
`8Jq~u6_Z
template < typename T > kG$E
tE#
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const '(*&Ax
{ AbF(MK=i
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); om}/f`
} Zlk,])9 Q
5c]}G.NV
同时也要修改assignment的operator() /^'Bgnez
MyH[v E^b
template < typename T2 > Qsg/V]
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 5 o#<`_=J
现在代码看起来就很一致了。 {Z#e{~m#
>I4p9y(u
六. 问题2:链式操作 ^XBzZ!h|
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ^Ti_<<X
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。 -^iUVO`z
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。 $Ns,ts(ng
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 rBD(2M
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 2$
|]Vj*Zs
3I"NI.>*
template < typename T > *K(k Kph
struct result_1 +}^|dkc
{ W|25t)cJ8h
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ^sifEgG *d
} ; Qz@IK:B}
?< cM^$lI>
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: `/O`OrZ1K
Tm)GC_
template < typename T > OJP5k/U$
struct ref <b d1
{ gB>imr#e&
typedef T & reference; sno`=+|U]
} ; ~)q g
template < typename T > \ ]
struct ref < T &> 4M}|/?<Br
{ +VCo$o
typedef T & reference; r{\BbUnf)
} ; uf)W-Er6~
y=AsgJ
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: -AjH}A[!
oW1"%i%
template < typename T > ~x|aoozL
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ~:>AR` 9G
{ #:J:YMv
return l(t) = r(t); *@_u4T7|{
} {p`mfEE(
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。 7]Al*)
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 e74zR6
%K[daXw6E8
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 :O $@shV
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: J
I<3\=:+
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 .,3Zj /
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 kE/`n],1U
最后的布局是: 7J9l.cM3
Add Hm %g_Mt
/ \ DY9fF4[9a
Divide 5 :{LAVMG&^
/ \ 2fl4h<V
_1 3 &E
bI Op
似乎一切都解决了?不。 6M ^IwE
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 Ji;SY{~kv
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 ]3*P:$Rq
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: ha*X6R
~>V-*NT8
template < typename Right > $<B
+K
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 1O
|V=K
Right & rt) const |G(1[RNu
{ 8-7dokg>
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); zv //K_
} qM%O
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 F4Zn5&.)
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。 i+f7
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。 UVB/vqGg
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。 2-++i:, g
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|}O.u-&;~
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? aG%kmS&fv
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: 5m4DS:&
!(Krf
template < class Action > (;aB!(_
class picker : public Action [,=d7*b(l
{ _%Bz,C8
public : Lf. 1>s
picker( const Action & act) : Action(act) {} CSL#s^4T
// all the operator overloaded gv#4#]
} ; Ia2(Km
C.~j'5N
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。 $>*Yhz `
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: rH&G<o&,
aD9rp
V
template < typename Right > 79ckLd9
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Sk:2+inU
{ AoYaVlKG8
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); IdPn%)>6
} "O*x' XhN
|; $Bb866/
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > fN-Gk(Ic
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。 -ynBi;nH
1dFa@<5
template < typename T > struct picker_maker V<8K@/n@
{ 62[8xn=(%
typedef picker < constant_t < T > > result; 740B\pc0
} ; GWsd| kxU
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > {.st`n|xz
{ H}Ucrv:
typedef picker < T > result; H;NbQ
} ; fc@'9-pt
$X\va?(
下面总的结构就有了: ["y6b*;x
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 9#7J:PfZ<
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 zB*euHIqZ
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 L@RIZu>ZW+
至此链式操作完美实现。 @o>EBZ7MS
22
&'@C>
.2.qR,"j
七. 问题3 u-JpI-8h
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 #)s!}X^
Fj1NN
template < typename T1, typename T2 > h >-'-Hx+
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const |;+qld[4z
{ a?F!,=F
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); PU1,DU
} h[kU<mU"T
x5}lgyt
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: )I`if(fG
rn8cdMN
template < typename T1, typename T2 > xzsdG?P
struct result_2 IA4N@ijRxh
{ .2W"w)$nuq
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; mT@nn,
} ; d "E^SBO&
0*8TS7.3
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? C!+I>J{4f
这个差事就留给了holder自己。 qmglb:"
#(KDjnP[
Ooc\1lX
template < int Order > tIc 7:th
class holder; PT'MNH
template <> >oGiIYq
class holder < 1 > O^Q,-=tA\
{ |A\a4f'G
public : "?3`
template < typename T > !E2W\chi
struct result_1 }rq9I"/L
{ IXpc,l `
typedef T & result; jq-l5})h
} ; eF~dQ4RZ
template < typename T1, typename T2 > j+rG7z){K
struct result_2 r^0F"9eOL
{ yVX8e I
typedef T1 & result; D:"{g|nW}
} ; GIyF81KR 3
template < typename T > ),(V6@Z?
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const /( hUfYm0
{ iEm ?
return (T & )r; E5</h"1
} u
8^{
template < typename T1, typename T2 > SJ?cI!=x
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const OhVs#^
{ Cr C=A=e
return (T1 & )r1; dY(;]sxFr
} Qkcjr]#^$
} ; 7f3O
6gH{R$7L=
template <> cl@g
class holder < 2 > k^\pU\J
{ k&