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自己实现Lambda

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所在楼道
一. 什么是Lambda OfW%&LAMQ  
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 "_ Zh5 g  
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, mJ/^BT]  
QK,=5~IJ  
C?bXrG\  
m2wp m_vV#  
  class filler w:n(pLc<  
  { Un~]Q?w  
public : z)r8?9u  
  void   operator ()( bool   & i) const   {i =   true ;} "ngSilH?D  
} ; /Lj%A   
^9n}-Cqeq  
?#x'_2  
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: N" 8*FiZ|  
F1zT )wW  
3@%BA(M  
pFG]IM7o/u  
for_each(v.begin(), v.end(), _1 =   true ); 1mAUEQ!  
Al)lWD}j2g  
5Gc_LI&v7  
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 F%9e@{  
lrq>TJEcx  
(q0No26;(  
7O]J^H+7  
二. 战前分析 "Wxo[I  
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。 oA5<[&~<  
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 -wJ   
ccIDMJ=2  
6hR^qdHg  
for_each(v.begin(), v.end(), _1 =   1 ); D<lQoO+  
  /* --------------------------------------------- */ Cln^1N0  
vector < int *> vp( 10 ); <aD'$(N5  
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); jt0H5-x  
/* --------------------------------------------- */ VZAuUw+M  
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 >   * _2); W` WLW8Qsw  
/* --------------------------------------------- */ &E} I  
int b =   * find_if(v.begin, v.end(), _1 >=   3   && _1 <   5 ); `8.1&fBr  
  /* --------------------------------------------- */ IY-(- a8  
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout <<   * _1 <<   ' \n ' ); F0X5dv  
/* --------------------------------------------- */ "v*oga%  
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) <<   * _1); Cij$GYkv  
>aNbp  
|k/`WC6As.  
}x{rTEq  
看了之后,我们可以思考一些问题: GG@iKL V  
1._1, _2是什么? sDW"j\  
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。 {Q}!NkF 1  
2._1 = 1是在做什么? U&tfl/  
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。 yd\5Z[iEp  
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。 Krt$=:m|1  
IptB.bYc  
^\xCqVk_R  
三. 动工 FF5tPHB  
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 6:e}v'q{  
nL "g23  
kxt\{iy4  
]Om'naD  
template < typename T > ~Rx~g  
class assignment BYhmJC|  
  { PmuEL@'^ U  
T value; N` @W%  
public : 7-g]A2N  
assignment( const T & v) : value(v) {} $%N;d>[U,  
template < typename T2 > 3sd{AkD^  
  T2 &   operator ()(T2 & rhs) const   { return rhs = value; } 9Ba%=  
} ; JNU"5sB  
?GaI6?lbn  
a>-}\GXTA  
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 n23%[#,r  
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment &"@HWF  
: HQ8M*o  
G_4K+ -K  
s8`}x_k=  
  class holder +xoyKP!  
  { 1Xk{(G<\  
public : c+)36/; X  
template < typename T > kMfc"JXF  
assignment < T >   operator = ( const T & t) const dXf]G6  
  { OX#eLco  
  return assignment < T > (t); o(v"?Y6  
} 4eDmLC"Y *  
} ; = !I8vQ>  
u&?yPR  
(r#5O9|S  
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: llTQ\7zP  
r_!{!i3B  
  static holder _1; LLXg  
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Zpn*XG  
tkm~KLWV&7  
for_each(v.begin(), v.end(), _1 =   1 ); |IyM"UH  
而不用手动写一个函数对象。 rw40<SS"Z  
vu !j{%GO  
9XJ9~I?  
.P |+oYT&g  
四. 问题分析 ,u8ZS|9  
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 >S-N|uR6  
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 IL8'{<lM  
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 i"2J5LLv  
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 @M1yBN  
下面我们可以对这几个问题进行分析。 JN;TGtB^p  
( FjsN5  
五. 问题1:一致性 :JTRRv  
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| L~?,6  
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ;:8jxkx6%  
)n[`Z#  
struct holder Sh~ 8jEk  
  { JWUv H  
  // }QApeZd+q  
  template < typename T > kp#c:ym  
T &   operator ()( const T & r) const W[jW;uk  
  { f//j{P[  
  return (T & )r; oJ4mxi@|#  
} ';fU.uy  
} ; "R\\\I7u  
^Yf)lV&[  
这样的话assignment也必须相应改动: 0IT20.~  
fmZzBZ_  
template < typename Left, typename Right > |2+F I<v4  
class assignment {=pP`HD0  
  { z</XnN  
Left l; N~Sue  
Right r; V;[ __w  
public : mTb2d?NS  
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} w'5dk3$"  
template < typename T2 > Zo}\gg3  
  T2 &   operator ()(T2 & rhs) const   { return l(rhs) = r; } .LGkr@P  
} ; |~=?vw< W  
zn?a|kt  
同时,holder的operator=也需要改动: '%eaK_+7  
^}Dv$\;6  
template < typename T > ~NxoF  
assignment < holder, T >   operator = ( const T & t) const h!t2H6eyF  
  { -6 7f33  
  return assignment < holder, T > ( * this , t); {_k!!p6  
} 1VPN#Q!  
(`uC"MLk  
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 o<Rxt *B  
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ,Rr&.  
-V<=`e  
return l(rhs) = r; =vqE=:X6  
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 &s6(3k  
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ?Ss RN jeL  
S*DBY~pZy  
template < typename Tp > [<3Q$*Ew  
class constant_t EiIFVP   
  { [&]YVn>kj  
  const Tp t; {*5;:QnT  
public : 7:R{~|R  
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} /="D]K)%b8  
template < typename T > ^JF_;~C  
  const Tp &   operator ()( const T & r) const fi-&[llg  
  { NGb! 7Mu9  
  return t; !tFU9Zt  
} V"Y Fu^L  
} ; |0vHy7CE  
[#3Cg%V  
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ~:RDw<PWp  
下面就可以修改holder的operator=了 mG8  
+D{*L0$D"  
template < typename T > xz Gsfd  
assignment < holder, constant_t < T >   >   operator = ( const T & t) const U~zN*2-  
  { ekk&TTp#  
  return assignment < holder, constant_t < T >   > ( * this , constant_t < T > (t)); MkV*+LXC  
} GWkJ/EX  
 "ppb%=  
同时也要修改assignment的operator() o4I!VK(C#s  
fb=$<0Ocj  
template < typename T2 > 1o"oa<*_  
T2 &   operator ()(T2 & rhs) const   { return l(rhs) = r(rhs); } w\8r h\Mvh  
现在代码看起来就很一致了。 Y[8co<p  
smLD m  
六. 问题2:链式操作 }RP9%n^  
现在让我们来看看如何处理链式操作。 n-| i  
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。 8Q)mmkI\=  
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。 da86Jj=k  
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。 K&a]pL6D  
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct {]_{BcK+  
cI4qgV  
template < typename T > Uub%s`O  
struct result_1 g J[q {b  
  { &fNE9peQFa  
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; lt(-,md  
} ; kk\zZC <  
a518N*]j  
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: uL2 {v  
Vwh&^{Eh  
template < typename T > (9[C0eS  
struct   ref G>{:D'#  
  { $E@.G1T [  
typedef T & reference; - 9<yB  
} ; /*p?UW<*4  
template < typename T > 6Bq2?;5  
struct   ref < T &> Qc =lf$  
  { ,DUQto  
typedef T & reference; A = Az[  
} ; G|Yp <W%o  
Px?At5  
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ~aq?Kk  
2] wf`9ZH  
template < typename T > Q{|'g5(O  
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const .gsu_N_v  
  { KL\=:iWA  
  return l(t) = r(t); $=g.-F% *=  
} >D^7v(&  
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 'N,NG$G2  
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 {4jSj0W  
{c EK z\RX  
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 wk <~Y 3u  
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ^VYZ %  
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 9C'+~<l  
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 r L|BkN  
最后的布局是: Q\>SF  
                Add cW|Zgz8vv  
              /   \ d~bH!P  
            Divide   5 mbG^fy'  
            /   \ WF.$gBH"  
          _1     3 8_,wOkk_B  
似乎一切都解决了?不。 exMPw ;8  
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 y42T.oK8c  
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 Fu$Gl$qV?%  
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ]` Gz_e  
QR"O)lP  
template < typename Right > n_ NG~ /x  
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result >   operator = ( const )^@V*$D  
Right & rt) const %B un@  
  { VqT[ca\  
  return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 52R.L9Ai  
} RuEnr7gi  
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 *wZV*)}  
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。 GN"LU>9|  
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。 GQAg ex)D  
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。 ^|12~d_.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。 ]qG5 Ne _  
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? n~cm?"  
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: <yaw9k+P  
IG@&l0ARL  
template < class Action > 0_Z|y/I.  
class picker : public Action  Jy[8,X  
  { jl%e O.  
public : 1UWgOCc  
picker( const Action & act) : Action(act) {} X1QZEl  
  // all the operator overloaded k#G7`dJl  
} ; 48*pKbbM4  
QL!+.y%  
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。 _[Wrd?Z  
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: [*E.G~IS`  
fe`G^hV  
template < typename Right > HSFf&|qqx  
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result >   >   operator = ( const Right & rt) const gG>^h1_o~  
  { ?PtRb:RHt  
  return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); !{aA*E{  
} 3$f5][+U  
/'^>-!8_1  
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > T:5%sN;#O  
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 siZ_JJW  
L. ?dI82c  
template < typename T >   struct picker_maker 5Jd {Ev  
  { hf5SpwxLiH  
typedef picker < constant_t < T >   > result; }n8;A;axi  
} ; ~4gKA D  
template < typename T >   struct picker_maker < picker < T >   > zC;lfy{f=  
  { e[o ;l  
typedef picker < T > result; &8L\FAY0%9  
} ; ~TIZumGB  
TmH13N]  
下面总的结构就有了: hds4 _  
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 eTHh  
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 l+qtA~V&2  
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 <T[ui  
至此链式操作完美实现。 epyYo&x}  
m)w- mc  
RxG./GY  
七. 问题3 @n'ss!h  
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 YQsc(6  
\`# 0,pLr  
template < typename T1, typename T2 > HBGA lZ  
???   operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const %+J*oFwQu  
  { S*@0%|Q4r  
  return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); U MIZ:*j  
} =xP{f<`   
.Q@'Ob`  
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: V2skr_1  
?E@[~qq_  
template < typename T1, typename T2 > "$YLU}S9  
struct result_2 =i %w_ e  
  { p[:%Ck"$7  
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ZJM^P'r.1c  
} ; Bq`kVfx  
<cjTn:w  
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? H43D=N&  
这个差事就留给了holder自己。 ,6pH *b $  
    Xh!Pg)|E  
'mR+W{r  
template < int Order > d'D\#+%> =  
class holder; ?"u-@E[m  
template <> Ux]@p rAq  
class holder < 1 > S*:w\nXP~  
  { >ON.ftZ i  
public : ]iX$p~riH  
template < typename T > Rj= Om  
  struct result_1 DlO;EH  
  { j)*nE./3  
  typedef T & result; 5nb6k,+E  
} ; F\72^,0  
template < typename T1, typename T2 > `vBa.)u  
  struct result_2 IbwRb  
  { pSUp"wch  
  typedef T1 & result; {m GWMv  
} ; n/D]r  
template < typename T > 4tTJE<y  
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const z|H>jit+  
  { h]9^bX__Z  
  return (T & )r; &|] ^ u/  
} ^q2zqC  
template < typename T1, typename T2 > E+ 20->  
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const rNp#5[e  
  { Xpwom'  
  return (T1 & )r1; Gjr2]t;E  
} 2 wvDC@  
} ; (P8oXb+%  
&i RX-)^u  
template <> r U5'hK  
class holder < 2 > t,nB`g?  
  { #1R %7*$i  
public : gvYs<,:  
template < typename T > B[50{;X  
  struct result_1 uD3_'a  
  { e vuP4-[y  
  typedef T & result; E~^'w.1  
} ; ="K>yUfcFl  
template < typename T1, typename T2 > ObzlZP r@  
  struct result_2 ry"zec B  
  { (7,Awf5D~  
  typedef T2 & result; K(S/D(\ FL  
} ; n Lb 9$&  
template < typename T > Y?cw9uYB  
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const iSHl_/I<  
  { U)8]pUI+/P  
  return (T & )r; <X*8Xzmv  
} -}o;Y)  
template < typename T1, typename T2 > _#B/# ^a  
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const eH{ 9w8~  
  { 6Tnzg`0I  
  return (T2 & )r2; ]9Hy "#Fz  
} Ea?.H Rxl  
} ; Ags`%(  
 sd%~pY}  
7/L7L5h<  
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 *_wBV M=2  
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: :_*Q IyW  
首先 assignment::operator(int, int)被调用: 4fswx@l  
`m^OnH  
return l(i, j) = r(i, j); qZe"'"3M  
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) VWa(@ A  
Ip0q&i<6  
  return ( int & )i; =d}3>YHS  
  return ( int & )j; v!Z9T  
最后执行i = j; CgC wM=!r  
可见,参数被正确的选择了。 4aC#Cv:0  
ZD(gYNi  
C+5nft6:  
8vK&d>  
E12k1gC`  
八. 中期总结 KJ_R@,v\  
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: l.$#IE  
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 tw66XxE  
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 \ 714Pyy  
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor hLRQ)  
Z]<_a)>  
<h({+N  
,H*3_c&Q  
#ZA YP  
30@ GFaab  
九. 简化 ^ dqEOW  
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。 7_,gAE:kG  
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 \BL9}5y  
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: @#apOoVW>  
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 Sls> OIc  
  +-*/&|^等 /Ny&;Y  
2. 返回引用。 +Sfv.6~v  
  =,各种复合赋值等 e=2D^ G#qE  
3. 返回固定类型。 F*f)Dv$p  
  各种逻辑/比较操作符(返回bool) ]_s]Q_+E  
4. 原样返回。 LxT] -  
  operator, YVT^}7#  
5. 返回解引用的类型。 DZue.or  
  operator*(单目) s><co]  
6. 返回地址。 AM>:At Y  
  operator&(单目) JFZ p^{  
7. 下表访问返回类型。 bb{+  
  operator[] 8{C3ijR  
8. 如果左操作数是一个stream,返回引用,否则返回值 Tx*m p+q  
  operator<<和operator>> #82B`y<<y/  
hlRE\YO&8R  
OK,这样我们将返回值类型总结为以上8种,就可以将各种result_x从functor中剥离出来了。 Y{KJk'xN5W  
例如针对第一条,我们实现一个policy类: -MjRFa  
KVuv%?  
template < typename Left > \"SI-`x  
struct value_return w8qI7/  
  { ,v"A}g0"  
template < typename T > scdT/|(U$  
  struct result_1 E _K7.c4M  
  { gA6C(##0  
  typedef typename const_value < typename Left::template result_1 < T > ::result_type > ::value_type result_type; 5 S 1m&s5k  
} ;  <CFu r  
$dR%8@.H  
template < typename T1, typename T2 > XebCl{HHp  
  struct result_2 'g#GUSXfj  
  { {% P;O ?  
  typedef typename const_value < typename Left::template result_2 < T1, T2 > ::result_type > ::value_type result_type; YdFCYSiS  
} ; z2V!u\It  
} ; D)5wGp  
&kG<LGXP#  
-Q; w4@  
其中const_value是一个将一个类型转为其非引用形式的trait {-xnBx  
zF PSk ]  
下面我们来剥离functor中的operator() $IHa]9 {  
首先operator里面的代码全是下面的形式: {#vo^& B  
SZ_hGD0  
return l(t) op r(t) <\5{R@A*6  
return l(t1, t2) op r(t1, t2) _PIk,!<  
return op l(t) d1-QkW^0y  
return op l(t1, t2) >97N $  
return l(t) op y ;;@T X  
return l(t1, t2) op Y3[@(  
return l(t)[r(t)] S'txY\  
return l(t1, t2)[r(t1, t2)] R`c5-0A  
4T:ZEvdzf  
很自然的,我们会想到用函数替代这种操作符行为以获得更加一致的形式: 4Xz|HU?  
单目: return f(l(t), r(t)); _#+i;$cO-X  
return f(l(t1, t2), r(t1, t2)); 'Gk|&^  
双目: return f(l(t)); W;=ZQ5Lw  
return f(l(t1, t2)); \21!NPXH2  
下面就是f的实现,以operator/为例 bu]bfnYi9  
`)'YU^s  
struct meta_divide L,i-T:Z~=  
  { }sFHb[I &  
template < typename T1, typename T2 > IoC,\$s,  
  static ret execute( const T1 & t1, const T2 & t2) [K5afnq`  
  { vQ;Z 0_  
  return t1 / t2; 4 QWHGh"  
} -8]$a6`{_  
} ; .FeEK(  
u% FA.  
这个工作可以让宏来做: PYZ8@G  
{0?76|  
#define DECLARE_META_BIN_FUNC(op, desc, ret) struct meta_##desc{\ % :NI@59  
template < typename T1, typename T2 > \ !59q@M ya[  
  static ret execute( const T1 & t1, const T2 & t2)   { return ((T1 & )t1) op ((T2 & )t2);} }; ZR1EtvVG  
以后可以直接用 6Pz\6DU,I  
DECLARE_META_BIN_FUNC(/, divide, T1) d$!ibL#o  
来申明meta_divide。同样还可以申明宏DECLARE_META_UNY_PRE_FUNC和DECLARE_META_UNY_POST_FUNC来产生单目前缀和后缀操作符的函数 OA_ %%A;o  
(ps.我本坚持该lambda实现不使用宏的,但是在这种小剂量的又很一致的代码面前,使用宏实在是很诱人。。。) 8W{R&Z7aL  
:0J;^@   
R7#B_^ $  
下面就是要把operator()和result_x拼凑起来,形成一个我们要的functor,下面是一个单目的functor的实现体 J&Ah52  
n}"MF>zDK  
template < typename Left, typename Right, typename Rettype, typename FuncType > +p2)uXqW  
class unary_op : public Rettype .L}ar7  
  { j:0z/gHp$  
    Left l; ` sSI;+  
public : k]Yd4CC2  
    unary_op( const Left & l) : l(l) {} [|vd r.  
b<%6aRC\  
template < typename T > #}.db?[Rv  
    typename Rettype::template result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const dP82bk/e  
      { C[75 !F   
      return FuncType::execute(l(t)); 7Xa Ri@uG  
    } N)QW$iw9  
.mMM]*e[0  
    template < typename T1, typename T2 > Hg]r5Fe/c  
    typename Rettype::template result_2 < T1, T2 > ::result_type operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const xT%CY(:9X  
      { )Ipa5i>t  
      return FuncType::execute(l(t1, t2)); $(BW |Pc  
    } DUaj]V{_^  
} ; KyjN'F$  
0ZO!_3m$r  
/0A}N$?>:  
同样还可以申明一个binary_op T5ol2  
:p89J\  
template < typename Left, typename Right, typename Rettype, typename FuncType > _f/6bpv  
class binary_op : public Rettype bi QDupTz  
  { ct`89~"  
    Left l; [j) :2  
Right r; -{^Gzui  
public : vForj*Xo  
    binary_op( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} cY5h6+_  
<%! EI@N  
template < typename T > {Wt=NI?Ow  
    typename Rettype::template result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const 7"1M3P5*8  
      { gkDB8,C<j  
      return FuncType::execute(l(t), r(t)); f|u!?NGl  
    } 4h-tR  
{D$+~ lO  
    template < typename T1, typename T2 > 8RB\P:6h  
    typename Rettype::template result_2 < T1, T2 > ::result_type operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Bx)4BPaN  
      { opd^|xx0  
      return FuncType::execute(l(t1, t2), r(t1, t2)); ~OXPn9qPp  
    } "~XAD(T6  
} ; alyWp  
ol-U%J  
+ps(9O/B>  
很完美不是么,unary_op/binary_op继承了Rettype, 也就拥有了该类所定一个全部result_x, 同时使用FuncType来执行运算符操作,很漂亮 1jDN=hIl  
比如要支持操作符operator+,则需要写一行 QN":Qk(,q  
DECLARE_META_BIN_FUNC(+, add, T1) r+>gIX+Fl  
那么binary_op<Left, Right, value_return, meta_add>就自然是operator+(双目)的functor,不需要自己手动实现。 #>}cuC@  
停!不要陶醉在这美妙的幻觉中! t~3!| @3i  
如果把这段代码拿到VC7或VC8下编译,你会得到很有趣的结果。。。 `$05+UU  
好了,这不是我们的错,但是确实我们应该解决它。 H+` Zp  
这实际上是vc的bug,解决方法是不要去使用typename Rettype::template result_2<T1, T2>::result_type这样的形式。(感谢vbvan) V!u W\i/  
下面是修改过的unary_op (V&$KDOA  
U`z=!KI+g  
template < typename Left, typename OpClass, typename RetType > f-^JI*hj  
class unary_op _vm~yKId  
  { p[>! ;qI  
Left l; }Ge$?ZFH  
  RGsgT^  
public : a0~LZQ?  
3v\}4)A[  
unary_op( const Left & l) : l(l) {} 0 *2^joUv  
]v=A}}kS  
template < typename T > PY[nnoF"|  
  struct result_1 0l;TZf=H  
  { P`^nNX]x+,  
  typedef typename RetType::template result_1 < T > ::result_type result_type; +87|gC7B  
} ; ''tCtG" Xi  
>4 VN1 ^  
template < typename T1, typename T2 > 8u6*;*o  
  struct result_2 Qu|H_<8g  
  { 1aDx 6Mq  
  typedef typename RetType::template result_2 < T1, T2 > ::result_type result_type; 4}`z^P<C  
} ; Qhy!:\&1  
5<YV`T{5Kl  
template < typename T1, typename T2 > yvv]iRk<  
typename result_2 < T1, T2 > ::result_type operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const O |!cPB:  
  { k..AP<hH  
  return OpClass::execute(lt(t1, t2)); {OIB/  
} =bgWUu\F  
kntYj}F(  
template < typename T > #Pt_<?JtV  
typename result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const WUrE1%u  
  { t^ Ge "  
  return OpClass::execute(lt(t)); !Ah v07SI  
} \xG_q>1_  
LGB}:;$AL  
} ; c^3,e/H  
iSbPOC7  
8 kvF~d ;  
该方法避免直接使用RetType的result_x,而自己申明一个对应的result_x做一次中转,虽然其实毫无意义,却恰好避开了vc的bug z9Z4MXl  
好啦,现在才真正完美了。 \(_(pcl  
现在在picker里面就可以这么添加了: /*P) C'_M  
$O3.ex V  
template < typename Right > gWQ(B  
picker < binary_op < Action, typename picker_maker < Right > ::result_type, ref_return < Action > , meta_add_assign >   >   operator += ( const Right & rt) const Q<0X80w>  
  { ~[<C6{  
  return binary_op < Action, typename picker_maker < Right > ::result_type, ref_return < Action > , meta_add_assign > ( * this , rt); #zRHYZc'T|  
} fYSH]!  
有点长不是么?不过实际代码量减少了很多,而且此后如果支持的参数上限发生变化,我们就只需要修改binary_op和unary_op就行了。 [4w*<({*  
agt/;>q\~  
Hsn'"  
C~Hhi-Xl)  
qA0PGo  
十. bind # ~Doz7~  
既然都做到这份上了,我们顺便把bind也做了吧,其实事情已经变得很简单了。 GXG 7P,p,  
先来分析一下一段例子 9fm9xTL  
>v2/0>U  
.+A)^A  
int foo( int x, int y) { return x - y;} __!LTpp  
bind(foo, _1, constant( 2 )( 1 )   // return -1 D6-R>"}  
bind(foo, _2, _1)( 3 , 6 )   // return foo(6, 3) == 3 ,oykOda:|  
可见bind是一系列重载函数,返回某种functor,该functor的执行就是执行传进bind的函数指针并正确的确定参数。 (@->AJF1\  
我们来写个简单的。 I3HO><o f  
首先要知道一个函数的返回类型,我们使用一个trait来实现: )pSA|Qt N  
对于函数对象类的版本: t W+"/<U  
$GP66Ev  
template < typename Func > 60;_^v  
struct functor_trait eSQkW  
  { d~ +(g!  
typedef typename Func::result_type result_type; EHN(K-  
} ; OClG dFJ|  
对于无参数函数的版本: oqAO@<dL!  
aVCPaYe^  
template < typename Ret > auga`*  
struct functor_trait < Ret ( * )() > Sl/]1[|mb  
  { u@1 2:U$  
typedef Ret result_type; 3\2%i 6W6  
} ; )r^vrCNy>  
对于单参数函数的版本: BmKf%:l}  
P -NR]f  
template < typename Ret, typename V1 > p#).;\M   
struct functor_trait < Ret ( * )(V1) > ~| b\1SR  
  { C$q};7b1N  
typedef Ret result_type; 3~{I/ft  
} ; XLC9B3Jt  
对于双参数函数的版本: )9^)t   
Z#.1p'3qm1  
template < typename Ret, typename V1, typename V2 > ,Kl:4 Tv  
struct functor_trait < Ret ( * )(V1, V2) > <rtKPlb//  
  { /{f"0]-RA  
typedef Ret result_type; D(l,Z  
} ; NB1KsvD{  
等等。。。 b{qN7X~>  
然后我们就可以仿照value_return写一个policy SV@*[r  
<l(n)|H1P  
template < typename Func > MA,*$BgZ  
struct func_return 9w- )??  
  { <3!Al,!ej@  
template < typename T > )by7 [I0v  
  struct result_1 Tf~eH!~0  
  { iLch3[p%  
  typedef typename functor_trait < Func > ::result_type result_type; o3V\   
} ; <Y."()}GeH  
o2X95NiH  
template < typename T1, typename T2 > :`e#I/,  
  struct result_2  V1B!5N<  
  { 5mQ@&E~#W  
  typedef typename functor_trait < Func > ::result_type result_type; mFg$;F  
} ; @4hzNi+  
} ; g'KxjjYT,  
ffG<hclk  
PJiU2Y33  
最后一个单参数binder就很容易写出来了 TKM^  
4^uSW&`;/  
template < typename Func, typename aPicker > E{EO9EI  
class binder_1 KJRAW]?{  
  { & ?xR  
Func fn; 0S^&A?$=  
aPicker pk; qmFG  
public : kL%ot<rt)w  
0CX,"d_T,  
template < typename T >  +=jS!  
  struct result_1 Bhxs(NO  
  { `mzlOB  
  typedef typename func_return < Func > ::template result_1 < T > ::result_type result_type; g E _+r  
} ; g35!a<JW  
Vf;&z$D{r  
template < typename T1, typename T2 > ka~_iUU4  
  struct result_2 0K[]UU=P=  
  { BbI%tmA7  
  typedef typename func_return < Func > ::template result_2 < T1, T2 > ::result_type result_type; :a6LfPEAX  
} ; d!E_EoOi  
sSZ)C|Q  
binder_1(Func fn, const aPicker & pk) : fn(fn), pk(pk) {} gYD1A\  
`wXK&R<`  
template < typename T > K f/[Edn  
typename result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const Up{[baWF  
  { :D*U4< /u  
  return fn(pk(t)); =..Bh8P71!  
} ~f h  
template < typename T1, typename T2 > 4p,:}h  
typename result_2 < T1, T2 > ::result_type operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const J-hJqR*;K  
  { <%m YsaM  
  return fn(pk(t1, t2)); H:@hCO[a  
} zbmC? 2$  
} ; Z+&V  >  
+P^ ;7"H  
@khFk.LBD  
一目了然不是么? x "{aO6M  
最后实现bind SI=$s>1  
=0pt-FQ  
wAKHD*M)  
template < typename Func, typename aPicker > f`n4'dG  
picker < binder_1 < Func, aPicker >   > bind( const Func fn, const aPicker & pk) Z^_qXerjP  
  { !?nbB2,  
  return binder_1 < Func, aPicker > (fn, pk); hyH[`wiq  
} ysz =Xw  
_K o#36.S  
2个以上参数的bind可以同理实现。 V4+ |D2   
另外还可以照样实现一系列binder来绑定类成员函数/变量,手法雷同,就不详细介绍了。 #RBrii-,  
LH5Z@*0#  
十一. phoenix }T@=I&g;  
Boost.phoenix可能知道的人不多,让我们来看一段代码吧: &eHRn_st5b  
H)Btm  
for_each(v.begin(), v.end(), E`.xu>Yyj  
( 5EFt0?G   
do_ 2#>;cn\  
[ hZx&j{  
  cout << _1 <<   " , " z:>cQUYl  
] 2aj1IBnz6/  
.while_( -- _1), 8:$h&aBI  
cout << var( " \n " ) t(u2%R4<d  
) =]%JTGdp(  
); vN Bg&m  
|NuMDVd+s  
是不是华丽的让人撞墙?其实这个比想象的好实现的多。还是照惯例分析一下吧: Wef%f] u  
首先do_很明显是个对象,该对象重载了operator[],接受一个functor作为参数,并返回另一个对象,该对象有一个成员函数while_,同样接受一个functor作为参数,并返回一个functor, 最后2个functor用operator, 生成一个新的functor C|V7ZL>W  
operator,的实现这里略过了,请参照前面的描述。 G&ck98  
那么我们就照着这个思路来实现吧: aUaeK(x:H  
AJ\&>6GZ(b  
zmo2uUEd  
template < typename Cond, typename Actor > i "h\*B=  
class do_while % T({;/  
  { Sc7 Ftb%  
Cond cd; 4j={ 9e<  
Actor act; V4[-:k  
public : 'z ?Hv  
template < typename T > x4WCAqi/2  
  struct result_1 cUY-  
  { ev4[4T-( @  
  typedef int result_type; GC')50T J  
} ; 2? qC8eC  
X' `n>1z  
do_while( const Cond & cd, const Actor & act) : cd(cd), act(act) {} =Hg!@5]H  
mtmC,jnD  
template < typename T > <tD,Uu{P  
typename result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const O] @E8<?^  
  { j'D%eQI,V  
  do ek][^^4o  
    { "`>6M&`U  
  act(t); 0P$1=oK  
  } ON,[!pc  
  while (cd(t)); i#'K7XM2  
  return   0 ; MgeC-XQM  
} |Xt.[1  
} ; o701RG ~)  
csy6_q(  
Rl Oy,/-<  
这就是最终的functor,我略去了result_2和2个参数的operator(). 2:38CdkYp  
代码很清晰,但是还是让我来解释一下为什么要用int作为返回类型。 '(.5!7?Qc  
其实对于do-while语义,返回类型是无意义的,然而将其定义为void会影响在某些情况下return的简洁性,因为return一个void是不合法的。 h.edb6  
因此我们将其定为int,并返回0,这样减少了其它地方编码的复杂度。 TTXF r  
下面就是产生这个functor的类: w?ugZYwX*  
NM{)liP ;8  
-8 uS#  
template < typename Actor > 6u, g  
class do_while_actor _%e8GWf  
  { Xdn&%5rI  
Actor act; UY3)6}g6  
public : ZC?~RXL(  
do_while_actor( const Actor & act) : act(act) {} t<45[~[  
(Ceruo S  
template < typename Cond > i!a!qE.1  
picker < do_while < Cond, Actor >   > while_( const Cond & cd) const ; `NIb? /!f  
} ; Rw?w7?I  
)]fsl_Yq  
3Bl|~K;-  
简单吧,注意到这个while_函数,它自动的生成了一个do_while对象。 Z>g72I%X  
最后,是那个do_ "V[j&B)P  
Ok!P~2J  
L]=]/>jQ6  
class do_while_invoker YK/? mj1x  
  { Qc7*p]E&  
public : [+\He/M6  
template < typename Actor > 2j-l<!s  
do_while_actor < Actor >   operator [](Actor act) const 2u]G]: ml  
  { Wd'}YbC  
  return do_while_actor < Actor > (act); vFUp$[  
} <f>77vh0  
} do_; Y2L{oQ.C2  
NfoHQU <n  
好啦,现在明白do_[xxx].while_(xxx)是怎么工作的吧? MSCH6R"5  
同样的,我们还可以做if_, while_, for_, switch_等。 \l/(L5gY  
最后来说说怎么处理break和continue jwI2T$  
显然break的语义超出了我们的能力范围,然而却是有一个东西很适合模拟其行为,那就是异常。 Q`k;E}x_-  
具体实现手法这里就不罗嗦了。
[ 此贴被ヾ1.嗰rёn在2006-06-11 23:23重新编辑 ]
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