一. 什么是Lambda rp=Y }
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 i':a|#e>
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, Mb-AzGsV
v(zfq'^%`
ATjE8!gO!
+asO4'r
class filler TT={>R[B
{ *z&hXYm
public : dUv(Pu(.#
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} m]Mm(7v(
} ; " -S@R=bi
>65\
N v6=[_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: Z29aRi
#fb&51
"(Nt9K%P)
K94bM5O 1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ij?Ww'p9>
]q/USVj{
k:URP`w[X=
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 (*9-Fa
3~?m?vj|Y
n?"("Fiw
J3$@: S'
二. 战前分析 tGF3Hw^mS
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 tac\Ki?
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 g]E3+: 5dk
F
|aLF{
9 dK`
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); !C ZFbz~:
/* --------------------------------------------- */ }=|plz}
vector < int *> vp( 10 ); /7x1Z*Hg
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); gux?P2f
/* --------------------------------------------- */ <`WcI`IAb
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); d>V#?1$h
/* --------------------------------------------- */ F?t;bV
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 3Hi8=*
/* --------------------------------------------- */ +
]iK^y-.r
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); }ld^zyL
/* --------------------------------------------- */ ^U##9KkP
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); `pF7B6[B
&Bqu2^^
i&{%}==7
;9LOeH?
看了之后,我们可以思考一些问题: l#Vg=zrT
1._1, _2是什么? ,c&gw tdl
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。 k 7:Z\RGy
2._1 = 1是在做什么? H4$f+
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。 $W%-Mm
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 w~yC^`
+.Xi7x+#O
rQosI:$
三. 动工 wNU;gz
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: E6z&pM8<8
.y lvJ$
k5Su&e4]]
s6'=4gM
template < typename T >
+
)[@
class assignment TFAR>8Nm
{ u60RuP&
T value; F|@\IVEB]
public : Wg2 0H23XW
assignment( const T & v) : value(v) {} '.C#"nY>1
template < typename T2 > v0?SN>fZ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } vmh>|N4a7
} ; h1l%\ 3ZH
&x;n^W;#
>GLoeCRNu
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 cICfV,j
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment <@Vf:`a!P>
`F3wO!
E^$8nqCL:
lQEsa45
class holder EWQLLH "h
{ `?b'.Z_J
public : wJ7^)tTRF
template < typename T > %k~ezn
assignment < T > operator = ( const T & t) const Dt{WRe\#
{ (L yK o
return assignment < T > (t); K)5j
} aNA]hl
} ; E^Q
J50
q^?a|l
tzv4uD]
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: _GrifGU\
:wG
)
static holder _1; jw`05rw:
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 sG)aw`_j
jOzi89
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); tY:
Nq*@
而不用手动写一个函数对象。 zWH)\>X59
_,IjB/PR(
ib~i ^_p
}r@yBUW
四. 问题分析 r-yUWIr
S
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 tP"6H-)X&
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 /V63yzoY
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 (w:,iw#
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 &AWrM{e
下面我们可以对这几个问题进行分析。 *")*w> R
A=IpP}7J
五. 问题1:一致性 *C<;yPVc
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| >o O]S]W
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Z4rk$K'=1w
dfKGO$}V
struct holder Ow.DBL)x'>
{ 1z-A3a/-
// 5+;Mc[V3-
template < typename T > >^GV
#z
T & operator ()( const T & r) const |:.Uw\z5'
{ <i]0EE}%
return (T & )r; s]|tKQGl,
} 79D~Mau#
} ; qDYNY`
1U/RMN3`
这样的话assignment也必须相应改动: :~#)Xa0I
W]bgWKd
template < typename Left, typename Right > vhAgX0k
class assignment a2tEp+7?
{ GM?s8yZ<
Left l; aKWxL e
Right r; RRV%g!
public : k!}(a0h
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Em^~OM3U$q
template < typename T2 > M=lU`Sm
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } .a7RGT3]m
} ; CtV|oeJ
gPT_}#_GxM
同时,holder的operator=也需要改动:
8?Ju\W
^L)TfI_n
template < typename T > T&+3Xi:
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const DBL@Mp[<
{ 2QM{e!9
return assignment < holder, T > ( * this , t); FO%pdLs,
} s\pukpf@
8Znr1=1
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。 6u lx0$[
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 &(A#F[ =0
dH
PvVe/
return l(rhs) = r; nc\`y,>l8
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Wbei{3~$Y"
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 8'jt59/f
0<a|=kZ
template < typename Tp > 2l+L96
class constant_t d}':7Np
{ MP)Prl>
const Tp t; ()bQmNqmO=
public : u~ipB*Zf
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} aHmg!s}&
template < typename T > $
P5K
const Tp & operator ()( const T & r) const X:$vP'B>
{ 7C0xKF
return t; PfRA\
} *1{A'`.=\
} ; v/9ZTd
.P aDR |!
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 mL2J
下面就可以修改holder的operator=了 Wc2&3p9 c
@#OL{yMy
template < typename T > 8=TC 3]
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const HI 1T
{ 7Q9Hk(Z9
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); OKlR`Vaty
} GIH{tr1:<
wT\BA'VQ
同时也要修改assignment的operator() l<GN<[/.+
\t&! &R#
template < typename T2 > TB* t^E
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } G}g;<,g~
现在代码看起来就很一致了。 6XF Ufi+
]vvA]e
六. 问题2:链式操作 Sx'oa$J
现在让我们来看看如何处理链式操作。 7@\.()
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。 "Zh,;)hS
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。 L"vrX
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。 _ia&|#n
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Gd_0FF .
,v
K%e>e&
template < typename T > {VW\EOPV~
struct result_1 Pz{MYw
{ &qG/\
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; KR?aL:RYb
} ; q,L>PN+W
*3fl}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: BqX"La,
-0kMh.JYR
template < typename T > $<nRW*d
struct ref R}gdN-941
{ \efDY[j/
typedef T & reference; N,-C+r5}<4
} ; &gY578tU
template < typename T > :ig=zETM
struct ref < T &> #o/;du
{ .1RQ}Ro,<
typedef T & reference; <efO+X!
} ; JAd .\2%Y
/y{:N
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: [mu8V+8@d4
#$xtUCqX
template < typename T > pNOE
KiJ
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ~6n|GxR.[
{ PiM(QR
return l(t) = r(t); 5?SE?VC=t
} 2|lR@L sr
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。 zPp22
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 v4s4D1}
bWp:!w#K
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 W,6q1
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ^3$U[u%q/{
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 "h_f-vP
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ,--#3+]XU
最后的布局是: f}(4v1T
Add @y7KP$t
/ \ IC'+{3.m8
Divide 5 Ft11?D
B
/ \ d9:I.SA)E
_1 3 dY&v(~&;]
似乎一切都解决了?不。 #~nXAs]Q
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。 jyW={%&
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。 "$farDDoF
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: hGY-d}npAJ
/)J]ItJlz
template < typename Right > _ikKOU^8
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const OU7OX]h
Right & rt) const ]NTQF/
{ !AE;s}v)0{
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); &,%n
} 4)tY6ds)r|
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 .:}<4;Qz94
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 Yq00<kIDJ
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 S1^/W-yoc~
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 r+ 8Tp|%
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 Db|JR
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? VQH48{X
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: [k\VUg:P
/!5ohQlPJ
template < class Action > PWl;pBo
class picker : public Action Lm=EN%*#9
{ ]^>Inh!
public : bT2c&VPCE
picker( const Action & act) : Action(act) {} {U_ ,y(V
// all the operator overloaded 7QTS@o-
} ; k{;?>=FH!
mz.,j(Ks-
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 GBb8}lx
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: I\6C0x
%/w-.?bX
template < typename Right > eR5q3E/;G
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const eC"e
v5v
{ A+M4=
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); /} PdO
} 6jc5B#
b}Gm{;s!
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > L]z8'n,
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 1$E [`` n
/]z#V'
template < typename T > struct picker_maker ZrEou}z(*
{ 153*b^iDBh
typedef picker < constant_t < T > > result; 18%$Z$K,
} ; seK;TQ3/7
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > VdM Ksx`r
{ u->[y1JY
typedef picker < T > result; V=+|]`
} ; D.{vuftu
==?wG!v2 h
下面总的结构就有了: HLDv{G'7
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。 \[{8E}_"^
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。 P{K\}+9F
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 5,MM`:{{
至此链式操作完美实现。 [rcM32
:!Q(v(M
Pzzzv^+
七. 问题3 4K:Aqqhds
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。 )fXw ~
F~eYPaEKy!
template < typename T1, typename T2 > z. hq2v
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const U9`Co&Z2
{ 4uO88[=
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); >qy62:co
} ]Whv%
TxQsi"0c
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: SHPDbBS
d1g7:s9$0
template < typename T1, typename T2 > (G+)v[f
struct result_2 ZKt{3P
{ 'j'6x'[>]
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; THOYx :Nr;
} ; .{t5_,P
jNX6Ct?
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? W7|nc,i0\
这个差事就留给了holder自己。 _X?_|!;J
[^a7l$fmi
8u)>o*
:
template < int Order > k8n9zJ8
class holder; sSKD"
template <> )UU`uzU;u
class holder < 1 > ehr\lcS<
{ 8hww({S2
public : 30I-E._F
template < typename T > u8?$W%eW
struct result_1 g ;
-3
{ 9
AD*
typedef T & result; Da[#X`Kp$
} ; m\&99-j:@b
template < typename T1, typename T2 > KI\bV0$p<
struct result_2 `*Wg&u
{ L:&