一. 什么是Lambda R:,
|xz
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Z>_F:1x
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, M&5De{LS}
{8w,{p`
arb'.:[z^
!b?`TUt
class filler H57wzG{xG
{ `8b4P>';O'
public : Ct9dV7SH
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 18AlQ+')?w
} ; ,`U'q|b
9e0t
63T4''bwu
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: 0<u(!iL
2W6t0MgZ
iE* Y@E5x0
B<!WAw+
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); bI+ TFOP
68nBc~iAm
WNo< 0|X
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ^-dhz88wV
/5j]laYK)
a4x(lx&
/(?,S{]
二. 战前分析 u$nYddak
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 ^ SW!S_&Z2
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 mM\jU5P:^
hDD]Kc;G^1
3$h yV{
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); !"s~dL,7
/* --------------------------------------------- */ D |9ItxYu
vector < int *> vp( 10 ); u8b^DB#+W
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Bw4 _hlm
/* --------------------------------------------- */ 'WcP+4c
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); {7d\du&G
/* --------------------------------------------- */ V[avV*;3i
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); +uB.)wr
/* --------------------------------------------- */ }<mK79m
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); mecm,xwm
/* --------------------------------------------- */ lJdwbuB6
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); xF7q9'/F
E2( {[J
>f-*D25f%
7|^5E*8/
看了之后,我们可以思考一些问题: A)641"[
1._1, _2是什么? 6i'kc3w
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。 );1UbqVPD
2._1 = 1是在做什么? 2sYOO>
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<q'QU#l<
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。 gYW
TUM7(-,9
ZGC*BP/
三. 动工 >NAg*1
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: /4Jm]"
N2\{h(*u
}o2e&.$4d
+~!\;71:f
template < typename T > oh.8WlI
class assignment #6F/:j;
{ Qcs>BOV~
T value; ILMXWw
public : 7N}==T89[
assignment( const T & v) : value(v) {} faPgp
template < typename T2 > IT0 [;eqR
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } \4"01:u'
} ; mH5[(?
,Ep41v;T%`
LRKl3"M
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 CINC1Ll_24
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment y4`uU1=
)~ =g}&
%G/j+Pf
Vc?=cQ'c
class holder al{}p
{ &]P1IQ
public : =` KV),\
template < typename T > G_)(?
assignment < T > operator = ( const T & t) const $\vTiS'
{ ^eY% T5K
return assignment < T > (t); uJu#Vr:m
} MT(G=r8
} ; )sG/H8
y)0wM~E;2
MfK}DEJK,
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: {p)=#Jd`.P
z3(:a'
static holder _1; ,R5z`O
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 'o% .Qx
*|^}=ioj*
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 82A[[^`
而不用手动写一个函数对象。 RZ GD5`n
XpoEZ|0
CvB)+>oa
X@up=%(
四. 问题分析
U!Eo*?LU$
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。 .|x"'3#
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。 xe9V'wICp(
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 _0
$W;8X
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Ry4`Q$=:
下面我们可以对这几个问题进行分析。 tk~<tqMq
PYJ8\XZ1_N
五. 问题1:一致性 3v@Y"I3;
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?| H*V Z&{\7
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 7B8.;0X$W
<OA[u-ph%S
struct holder e'L$g-;>4b
{ +RN|ZG&
// &#DKB#.2
template < typename T > 6Cz%i6)
T & operator ()( const T & r) const )]P%=
{
Z
Vj
return (T & )r;
2%gLq
} PDtLJt$
} ; {j4J(dtO
qe_59'K
这样的话assignment也必须相应改动: <WGx
6{
{3R?<ET]mt
template < typename Left, typename Right > 3*;S%1C^
class assignment |8s45g>
{ +y\mlfJ.-b
Left l; !K5D:x
Right r; i\94e{uty[
public : YpwMfl4
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} LG>lj$hO
template < typename T2 > -na oM
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } <[w>Mbqj_
} ; usz H1@g'
siK:?A@4D
同时,holder的operator=也需要改动: U?sio%`(
JtGBNz!"
template < typename T > z4iZE*ZS
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const RY9h^q*
{ FNB4YZ6
return assignment < holder, T > ( * this , t); aK4ZH}XHE"
} ``9`Xq
=BNS3W6
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 KQv97#n1
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Ub9p&=]h
`zBQ:_3J_
return l(rhs) = r; BkcA_a:W
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 |*[#Iii'
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: xXn2M*g
P
K9BowlW
template < typename Tp > Ki{]5Rz
class constant_t <QZ X""
{ PS3%V_2
const Tp t; |\iJ6m;a
public : 3,4m|Z2)
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} )AoF-&,w
template < typename T > f )K(la^'
const Tp & operator ()( const T & r) const t9(sSl
{ 5U5)$K'OA
return t; 6<N Q/*(/
} nW7Ew<`Q
} ; /+{]?y,
dxAP7v
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 .Bb86Y=3
下面就可以修改holder的operator=了 _hbTxyj
qsTB)RdjP%
template < typename T > bi 8Qbo4
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 9]^ CDL
{ JC}oc M
j0
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Y9_OkcW)
} P]wCC`qi
'vV|un(6
同时也要修改assignment的operator() NwB;9ZhZ
^ua8Ya
template < typename T2 > @}B,l.Tj
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } p@Ng.HE
现在代码看起来就很一致了。 f1}am<
D^jyG6Ch
六. 问题2:链式操作 ((T0zQ7=
现在让我们来看看如何处理链式操作。 <sNkyQ
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。 i!k5P".o^
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。 u#s br8Y
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。 b2p;-rv
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct lIDGL05f'
Pe<}kS
m 4
template < typename T > g (:%E
struct result_1 c[RkiV3
{ _(.,<R5
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; uxsfQ%3`#
} ; >L {s[pLJ
_}RzJKl@
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: 8R;A5o,
Mu?hB{o1
template < typename T > e"]*^Q
struct ref F^bzE5#
{ &9:"X
typedef T & reference; zJ7=r#b
} ; k,UezuV
template < typename T > dX8N7{"[
struct ref < T &> ]pi8%.d
{ @%}4R`S0
typedef T & reference; 1deNrmp%
} ; 4EtP|
K)!Nf.r$9
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: %e,X7W`'2
B[Gl}(E
template < typename T > knU=#
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const @4%a
{ FsdxLMwk1
return l(t) = r(t); *'&mcEpg
} \ Rff3$
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。 0>KW94
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Nt^9N
#+N
_xVtB1@kLM
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 1s@%q
<
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Y::I_6[eV
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 5\6S5JyIL
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 pf'-(W+
最后的布局是: $Z8=QlG>
Add k@i+gV%
/ \ FBCi,_
\4
Divide 5 ,b/qcu_|-
/ \ O^W.5SaR
_1 3 z%cpV{Nu
似乎一切都解决了?不。 RV2s@<0p
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 vUa&9Y
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 00d<V:Aoy
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: DL:wiQ
B- `,h pp
template < typename Right > q\f Z Q
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Vs0T*4C=n
Right & rt) const 5u=(zg
{ ?%Pd:~4D
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); lNw8eT~2
} D:yj#&I
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 /y.+N`_
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 rnV\O L
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 Cb5Rr+K=
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 C~&~Ano,
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 wgeR%#DW
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? L9Gxqw
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: OE=]/([
D$wl.r
template < class Action > tAM t7p-
class picker : public Action ~H)s>6>#v
{ M-Tjp'=*
public : 9ne13qVm+
picker( const Action & act) : Action(act) {} [-$ :XOO
// all the operator overloaded {+&qC\YF
} ; 'p{N5eM
{d%% nK~
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。 q4~w
D
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: j
m]d:=4_
0L5n<<