一. 什么是Lambda l&[ x)W
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 #5=Yg5
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,
>.0B%
Koo%mr
}5u$/c@f1
+Y6=;*j$
class filler 3u_[=a
{ 6gNsh
public : yd'>Mw
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 3D(/k%;)
} ; ]haZ T\
=:uK$>[
EH=[!iW ;
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: t[Qf|#g
2ntL7F<ow
b:SjJA,HM
GU([A@;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); jEo)#j];`<
Se{}OG)
//xK v{3fI
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 $qV, z
fp^{612O?
I<Wp,E9G#
qs6r9?KP
二. 战前分析 UP' ~D]J
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 ~=67#&(R
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 uB_8P+h7
C0(?f[/(M
'1+s^Q'pc
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); IOhJL'r
/* --------------------------------------------- */ g(& hu S
vector < int *> vp( 10 ); *t=8^q(K[
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); _3~/Z{z8
/* --------------------------------------------- */ :7>oFz
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); l1HMH?0|
/* --------------------------------------------- */ <NKmLAfX
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); {%Cb0Zh
/* --------------------------------------------- */ =p{55dR
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 3b{ 7Z 2
/* --------------------------------------------- */ =S+*=j A
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); P|j|0o,8p
H{M7_1T
Is&0h|
aG_@--=
看了之后,我们可以思考一些问题: ~?#>QN\\c
1._1, _2是什么? C-)mP- |8
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 fJ<I|ZZ
2._1 = 1是在做什么? X(Z~oGyg
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 4|U$ON?x
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。 C fs2tN
W>#[a %R
F+@/ "1c
三. 动工 {&dbxj-'
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: f |%II,!3
^Y%'"QwJS
WwUhwY1o!L
j)nL!":O
template < typename T > NMs8^O|0
class assignment Jn7T5$pJ
{ YuXCRw9p;
T value; \qf0=CPw8
public : (n{x"rLy/
assignment( const T & v) : value(v) {} Y-?0!a=e.
template < typename T2 > !),eEy
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ]J1oY]2~
} ; Bo,>blspw
<uYrYqN
'GI|
t
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 \E(^<Af
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment \OJam<hZ
aP$it6Z
x{O) n
+0ALO%G;G"
class holder v!`:{)2C
{ l|81_B C"
public : [I?[N.v
template < typename T > jj&mRF0gCb
assignment < T > operator = ( const T & t) const mv,5Q6!
{ z+Guu8
return assignment < T > (t); 1oc@]0n
} b/{$#[oP`
} ; pwH*&YU
iE EP~
`w&?SXFO8
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: " Tk,
p*j>s\
static holder _1; RNF%i~nhO
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 O _C<h
h`dHk]O
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); /X]gm\x7s
而不用手动写一个函数对象。 (mr*Thy`@
@HzK)%@
*>/w,E]
**$kWbS
四. 问题分析 S{RRlR6Z
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。 ch2m Ei(
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。 IgjPy5k
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 k8\KCKql
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 1Ys)b[:
下面我们可以对这几个问题进行分析。 #zv&h`gY
e"UXG\8D
五. 问题1:一致性 *
V7bALY
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?| ?V}ub>J/=
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 cTz@ga;!mI
k')H5h+Q=
struct holder nuDu
{ \K9.]PfbI
// $EHFf$M
template < typename T > 4X",:B}
T & operator ()( const T & r) const TMD\=8Na
{ WJxcJE
return (T & )r; =jKu=!QPq
} dDSb1TM
} ; xQ';$&
)3A+Ell`
这样的话assignment也必须相应改动: aS[y\9(**
_ X
template < typename Left, typename Right > Y4w]jIv
class assignment Z
t4q=
Lr
{ Ie
K+
Left l; |Eh2#K0x4G
Right r; (f^/KB=
public : T{2)d]Y
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} q sUBvq
template < typename T2 > g_n_Qlo
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } &^K(9"
} ; \D k >dE&I
BW6Ox=sr<
同时,holder的operator=也需要改动: oOc-1C
y
Z"'*A\r2
template < typename T > #?+[|RS|
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const k q]E@tE*3
{ N@Oe[X8
return assignment < holder, T > ( * this , t); ~(^pGL3<
} WUjRnzVM
WtKKdL
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ji>LBbnHdE
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 CS(XN>N
%~k>$(u6
return l(rhs) = r; j!NXNuy:
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。
Qe7=6<
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 7.Z-
b{,v?7^4
template < typename Tp > (J.Z+s$:2
class constant_t )ii aT~
]
{ _yJz:pa
const Tp t; q]C_idK=
public : Itv cN
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} s3m\
template < typename T > ]P#W\LZp
const Tp & operator ()( const T & r) const N$#~&
{ F!g1.49""
return t; h,B4Tg'
} %FM26^
} ; ]LZ#[xnM7
9d^m 7}2
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 +6l#hO7h
下面就可以修改holder的operator=了 [<{r~YFjWW
0G-obHe0
template < typename T > 9B;WjXSe
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ;+(_stxqV9
{ boCi*]
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); V sxI
} ZO/Jf Jn~
^X+qut+~
同时也要修改assignment的operator() /YUW)?o!^N
Al6%RFt
template < typename T2 > )=()
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 3Mm_xYDud
现在代码看起来就很一致了。 7g]mrI@
ilVi
六. 问题2:链式操作 ~Gmt,l!b
现在让我们来看看如何处理链式操作。 <XG]aYBR
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。 ; U7P{e05
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。 fNu/> pN
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。 n.a2%,|v
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct GTTEg{
mRC3w(W
template < typename T > T(Q ~b
struct result_1 4G' E<ab
{ gg rYf*
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; l3ogMRq@
} ; g.di3GGi
`:~Wu/Ogr
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: 2cQ~$
Y DHP-0?
template < typename T > 60{DR >S
struct ref T]z(>{
{ KMkD6g
typedef T & reference; l4+ `x[^
} ; 7]1a3Jk
template < typename T > b\H&E{Gn|x
struct ref < T &> ;Wy03}K4J
{ o$;&q
*
typedef T & reference; \W TKw x
} ; ]g ;+7
fU
;H
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: R!"|~OO
~' 955fK>
template < typename T > #[x*0K-h
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const \db=]L=|
{ E:/!]sm!
return l(t) = r(t); !e<2o2~.
} gt.F[q3
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。 }za pN
v
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 e~(e&4pb
Rzsu 7w
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 RV{%@1Pu
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: |y0k}ed
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 PPySOkmS3
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 .-T P1C
最后的布局是: ke;=Vg|
Add b+ycEs=_
/ \ zb4@U=?w}
Divide 5 Qb)c>r
/ \ #prYZcHv:_
_1 3 '&,p>aM
似乎一切都解决了?不。
<a=OiY
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。 #&r}J
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。 )SZ#%OE*
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: 8LPWT! S
6QT&{|q=
template < typename Right > zGz}.-F
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const N3\RXXY
Right & rt) const PIo@B|W-SX
{ nu1XT 1q1
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); -eh .Tk
} DMDtry?1:
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 D4hT Hh
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。 Bnk<e
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。 F 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。 JM/\n4ea:
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。 l/nBin&YGv
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? >2),HZp^I
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: YCb|eS^u
w{L9-o3A
template < class Action > ~&ns?z>x
class picker : public Action I2RXw
{ j8 2w
3
public : W,yLGz \
picker( const Action & act) : Action(act) {} NhNd+SCZ@
// all the operator overloaded mP6}$D
} ; ZDp^k{AN9a
NV(jp'i~
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。 i!UT =
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: 4 Cd5-I
C<9GdN
template < typename Right > K$}K2w
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const )jUPMIo
{ }TZM@{;
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Wvu1?
} 4B[pQlg
"0 %fR"
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > OMo /a%`
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 )OFN0'
I!9>"s12
template < typename T > struct picker_maker _!,2"dS
{ ^q& Rl\
typedef picker < constant_t < T > > result; ONpvx5'#
} ; ^:ny
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > q)C
Xu
{ . bUmT !
typedef picker < T > result; "x;FE<I
} ; %rlqq*
V,c^Vqy
下面总的结构就有了: FwB xag:u
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 m;xa}b{(i
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 1/ j>|
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 d
{ P$}b
至此链式操作完美实现。 OKau3T]
Wql=PqF
AEWrrE
七. 问题3 GJE+sqMX1
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。 {hf_Xro&
ZR)M<