一. 什么是Lambda :NJ_n6E
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 NBl+_/2'w
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, )?+$x[f!*
vgY3L
Z;9>S=w!
^b: (jI*l
class filler .2d9?p3Y
{ :w}{$v}#D;
public : T134ZXqqz
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ojYbR<jn9
} ; Xq'cA9v=$J
sn7AR88M;
f}g\D#`]/
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: Lg8nj< TF
*I}`dC[
'iLpE7
db'/`JeK
b
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 4XVCHs(
!.2<| 24
8.F~k~srA
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 *6HTV0jv
COH<Tj
m/#a0~dB
mF` B#
二. 战前分析 KiG p[eb
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 c/c$D;T
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 }Zl&]e
21k5I #U
r0p w_j
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); YK|bXSA[
/* --------------------------------------------- */ [MuEoWrq(}
vector < int *> vp( 10 ); t78k4?
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); wFG3KzEq ~
/* --------------------------------------------- */ +`3!I
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); $w"$r$K9K
/* --------------------------------------------- */ /cc\fw1+
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); o7IxJCL=Q
/* --------------------------------------------- */ hig2
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); [+O"<Ua
/* --------------------------------------------- */ GfM;saTz{
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); v<Bynd-
y%
:4b@<
2]% h$f+
Bl=tYp|a
看了之后,我们可以思考一些问题: UH3sH
t
1._1, _2是什么? >2#8B
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。 mPq$?gdp
2._1 = 1是在做什么? wAnb
Di{W
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 !w&kyW?e
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 2^?:&1:
apE
n3J53| %v
三. 动工 cwGbSW$t
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: NcY608C
}9nDo*A"}
re> rr4@
?%H):r
template < typename T > Y@PI {;!
class assignment cQ9q;r`%
{ {Zp\^/
T value; asJ)4ema
public : V!)O6?l
assignment( const T & v) : value(v) {} T#bu
V
template < typename T2 > ZvcJK4hi
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } LjV]0%j?r
} ; zt^48~ry
y"Nsh>h
a#c6[!
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ^ns@O+Fk
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment WxF:~{
aL\nT XakX
L~ s3b
!UFfsNiXZ
class holder .^b;osAU
{ :O5og[;b
public : WJ*n29^N^h
template < typename T > 5xii(\lC
assignment < T > operator = ( const T & t) const y\&>ZyOY
{ np~~mdmRK
return assignment < T > (t); MxBTX4ES
} PfkrOsV/m
} ;
>0l"P"]
!t i6
(%`QhH
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~i
7
[g/TB
static holder _1; P6MRd/y |
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 NKQOUw:qn
hR.@b*q?R
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ^{8Gt@
而不用手动写一个函数对象。 ZY:[ekm%4Z
(ND4Q[*6
n8.kE)?
SXt{k<|
四. 问题分析 KoS*0U<g6
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。 [d* ~@P
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。 _v*
nlc
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 v!%5&: c3
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 %TsPyiYl
下面我们可以对这几个问题进行分析。 [CAR[
g&
Wa?; ^T
五. 问题1:一致性 \Y{k7^G}A
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?| $y
b4xU
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 q{ O% |
`%j~|i)4
struct holder !~h}8'a?
{ . BiCBp<
// Q);n<Z:X~
template < typename T > GIAc?;zY
T & operator ()( const T & r) const ncx(pp
{ O iFS}p
return (T & )r; T7f ${
} HOBP`lf
} ; bMU(?hb
z~A]9|/61v
这样的话assignment也必须相应改动: 7==f\%,
N~F
RM& x
template < typename Left, typename Right > Zk[&IBE_
class assignment x|{IwA9
{ mg,j:,
Left l; Ka,^OW}<%q
Right r; B4]`-mahO
public : ]~\sA
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} y9KB< yh/
template < typename T2 > sCu+Lg~f
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } aj}(E+
} ; 1@lJonlF
:\=CRaA
同时,holder的operator=也需要改动: +b3^.wkq
~.!c~fke
template < typename T > rLX4jT^
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const t3+Py7qv
{ SI8%M=P>
return assignment < holder, T > ( * this , t); gsn)Wv$h
} Jnv@.
|c`w'W?C6
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。 > ,DbNmi
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ;.bm6(;
WMj}kq)SY)
return l(rhs) = r; CSCN['x
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。 B7"PIkk;
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 7-BvFEM;
RW P<B0)
template < typename Tp > 4WB-Ec
class constant_t AdWq Q
{ b
pv=%
const Tp t; m:hY`[ f6
public : ~i.k$XGA
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} $2%f 8&
template < typename T > KOwOIDt
const Tp & operator ()( const T & r) const yOvm`9
{ -Qn=|2Mm?
return t; P#:?ok
} wRrnniqf8
} ; J6jwBo2m
u~)`&1{%
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Y\0}R,]a-
下面就可以修改holder的operator=了 pZU9^Z?~6
qn,O40/]
template < typename T > f$'2}'.!$
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const S'HnBn /
{ />j';6vi
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); eW>3XD4
} !*`-iQo&
aC<KN:TN6
同时也要修改assignment的operator() i>_u_)-
Vn~UB#]'3
template < typename T2 >
RDtU43
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Q#IG;
现在代码看起来就很一致了。 `~X!Ll
F V,4pi
六. 问题2:链式操作 ,y%3mR_~
现在让我们来看看如何处理链式操作。 # M!!CX*k
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。 Iz[@^IUx=
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。 jM:Y'l]
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。 mYU9
trHV
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 0
&GRPu27
{6oE0;2o'
template < typename T > t&9A
]<n%,
struct result_1 \RVW
{ nbG/c80
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; x}twsc`
} ; [V
8{b{
Nl')l"
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: t5[[JD1V
%_Yx<wR%
template < typename T > 2c/Ys4/H4]
struct ref y^;l*qq
{ B:Z_9,gj-N
typedef T & reference; J6<rX[
yZe
} ; ltFq/M
template < typename T > ~n/
$
struct ref < T &> *SO{\bu
{ `EtS!zD~b
typedef T & reference; V_Wwrhua
} ; Tz9`uW~Mf
A_;8IlW
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: j:w{;(1=W
>><.3
template < typename T > ,<A$h3*
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const .6OgO{P:
{ S"wg2X<
return l(t) = r(t); .Q)|vq^
} /cZ-tSC)o
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 cT\I[9!)
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 _GKB6e%
cJgBI(S5
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 ~8m=1)A{(
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ~y$ !48o
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Jxqh)l
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 F]mgmYD%
最后的布局是: $x6$*K(F
Add %AN/>\#p
/ \ r&Ca"dI
Divide 5 ?X&6M;Zi
/ \ W>b(Om_%
_1 3 MC&\bf
似乎一切都解决了?不。 _sy'.Fo
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。 *.&