一. 什么是Lambda xY=%+o.?*
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 #
o;\5MOE%
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, f|r+qe
lQ{o[axT
s?9$o
Qq1
~%D=\iE
class filler 8q"C=t7
{ iD(+\:E
public : Z/*X)mBuB
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ExW3LM9(
} ; CKuf'h#
!iHJ!
tsWzM9Yf
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: g,O3\jjQ
*[ww;
~USU\dni
vw'BKi
F
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); R)Y*<Na
.~C[D
T+,
M>xjs?{%k
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 0{k*SCN#
=
a54
|EpL~G_
1=^edQ+
二. 战前分析 mW 4{*
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 lDf:~
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 >$/PfyY7@#
b'mp$lt!
6?uo6 I
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); )2Dm{T
/* --------------------------------------------- */ _c@k>"_{S
vector < int *> vp( 10 ); WW.amv/[a
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); \*r]v;NcP
/* --------------------------------------------- */ g>&b&X&Y_
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); +}Q@{@5w
/* --------------------------------------------- */ vq_v;$9}
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); eN Y?
/* --------------------------------------------- */ f{j.jfl\x
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); --'!5)U
/* --------------------------------------------- */ +H `FC
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); o8h1
qs
0'}>
enw7?| (
"<^]d~a_
看了之后,我们可以思考一些问题: AriW&E
1._1, _2是什么? 7w8I6
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。 -A3>+G3[
2._1 = 1是在做什么? meM61ue_2
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。 .`5BgX7W
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。 bPhb d
U|YIu!^
n+94./Mh
三. 动工 q#|,4(Z
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类:
#->#mshd4
$ri'tJ+
cpe/GvD5]
/'WIgP
template < typename T > 48t_?2>
class assignment gsD0N^
{ Ua](o H
T value; 6d%'>^`(o-
public : LI/;`Y=
assignment( const T & v) : value(v) {} Ljq!\D
template < typename T2 > 0s+pcqOd^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } %^VQw!
} ; Btu=MUS
g#b uy
ZA!yw7~
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 *
U#@M3g.
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ),#hBB`ZA
= m6yH_`@
InCo[ 8SI
KfkE'_F
class holder .dStV6
{ zJCm0HLJ
public : 6;^ e
template < typename T > )VoQ/ch<
assignment < T > operator = ( const T & t) const !/|^
)d^U
{ <xpHlLc
return assignment < T > (t); cy+EJq I
} irRe}
} ; eo~>|0A*V
]0yYMnqvr
eKj'[2G@/
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: IX]K"hT
O"Ua|8
static holder _1; |DZ3=eWZ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ?5yj</W
{95u^S=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); `OP?[
f d
而不用手动写一个函数对象。 sHwn,4|iY
wWU5]v
b}OOG
./!6M
四. 问题分析 pHpHvSI
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 >*"6zR2 o
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 u|'}a3
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 pPX ~pPIj2
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 lx vRF93a.
下面我们可以对这几个问题进行分析。 "Nx3_mQ
5W29oz}-S
五. 问题1:一致性 /e0cx:.w
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 8iDg2_l`G
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 QV@NA@;XZ
AvNU\$B4aG
struct holder ]XAJ|[]sj*
{ %^C.e*
// ^ew<|J2,B
template < typename T > .;'3Roi
T & operator ()( const T & r) const `Rc7*2I)l
{ EC6Q<&]Iw
return (T & )r; \f AL:mJ
} 0B;cQSH!q
} ; 4[eQ5$CB<u
(^ Q:zU
这样的话assignment也必须相应改动: u
VZouw#
>(t_
template < typename Left, typename Right > fzVU9BU
class assignment v\UwL-4[
{ 27NhYDo
Left l; <%2A,
Vz"
Right r; Jf,)Y>EI
public : UW%.G
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} WLTraB[?
template < typename T2 > B: pIzCP
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } >WsRCBA
} ; 1YklPMx6
A?q9(n|A"
同时,holder的operator=也需要改动: &!kr&g#]
N~%F/`Z<+
template < typename T > RQ1`k,R=
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const G\?q{
{ '<v/Gl\
return assignment < holder, T > ( * this , t); v=~=Q*\l
} cN{-&\
6L
.Fy f4^0
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。 +P&;cCV`S3
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 r`THOj\cM
[,F5GW{x
return l(rhs) = r; !U@?Va~Zn
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。 5 E%dF9q
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: }/%(7Ff{
r] +V:l3
template < typename Tp > }- Jw"|^W
class constant_t @CSTp6{y
{ l+>&-lX'
const Tp t; -1Luyuy/`
public : B@,L83
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ?]fd g;?@
template < typename T > NC*h7
const Tp & operator ()( const T & r) const SOyE$GoOsx
{ ?w}E/(r
return t; ,Z7tpFC
} *S).@j\{W
} ; WH.5vrY Z
fR>(b?C
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 T5eXcI0t
下面就可以修改holder的operator=了 HS|X//]
Tm8c:S^uq)
template < typename T > QES[/i +
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const EV:y}
{ DR`d^aBWQ
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); wn'_;0fg
} "RG.27
^AWM/aY
同时也要修改assignment的operator() v'C`;I
YQ`GOP#/
template < typename T2 > ^/Id!Y7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } QD0upYG
现在代码看起来就很一致了。 ^X%{]b K
x}G["ZU}v]
六. 问题2:链式操作 =OIxG}*
现在让我们来看看如何处理链式操作。 7Q<xC
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 a.a5qwG
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 yfS`g-j{~
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 GM6Y`iU
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ellj/u61bj
R qS2Qo]
template < typename T > %3 ecV$
struct result_1 A f@IsCOJ
{ A*BIudli
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; bQlShVJL
} ; .y {qsL^P
n&x#_B-
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: +Io[o6*
~_P,z?
template < typename T > $X~4J
struct ref qb y!
{ &eQF[8 ,
typedef T & reference; ?d1H]f<M
} ; 5taYm'
template < typename T > UNcS\t2N
struct ref < T &> 7p&%0'BO1z
{ NZ/>nNs
typedef T & reference; u>j:8lhtV
} ; i,BE]w
#$xiqL
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: A-vK0l+
|q5R5mQ
template < typename T > AD4KoT&
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Z |uII#lq
{ T_:"~
]
return l(t) = r(t); *P&ZE
} K
oPTY^
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。 'v&k5`Qq
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ;"=a-$vm
QfJ?'*
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 3k;*xjv6@
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: _"%ef"oPh
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 [^B04x@
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 dI<s)!
最后的布局是: eLcP.;Z
Add 4A:@+n%3m
/ \ |?0Cm|?
Divide 5 0n+Wv@/
/ \ yzW9A=0A)
_1 3 <l(6$~(-u
似乎一切都解决了?不。 q
bb:)>
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。 LbDhPG`u
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。 G<,@|6"w
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: Tm@d;O'E1
/j!?qID
template < typename Right > Fxy-_%a
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ymSGB`CP
Right & rt) const u1O?`
{ Ub%+8M
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); t0p^0
} ~sk ;6e)(2
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 vbzeabm
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。 *yOpMxE
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。 l@nkR&4[
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。 K~OfC
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。 )nyud$9w'
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? D+d\<":
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: 0\O*\w?
@47MJzC
template < class Action > utKtxLX"
class picker : public Action 0l !%}E
{ 7yxZe4~|#
public : di}YHMTx
picker( const Action & act) : Action(act) {} :<4:h.gO8
// all the operator overloaded LF?83P,UJ#
} ; 1tU}}l
1iEZ9J?
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 7!.%HhU0
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: T (]
"*|plB
template < typename Right > Q[`J=
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const E6|!G
{ [R-4e; SRh
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); '`$a l7D
} 12v5*G[X
He="S3XON
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > @kC>+4s!
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。 z|[#6X6tT
I^sWf3'db
template < typename T > struct picker_maker Au &NQ+
{ K <7#;
typedef picker < constant_t < T > > result; #=UEx
} ; w~@.&
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > WJCEiH
{ ]8KAat~J
typedef picker < T > result; +c#:;&Gs
} ; rXXIpQRi$S
X9C)FS
下面总的结构就有了: YP{)jAK
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。 3 G/#OJ
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。 ]C^D5(t/cd
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 &x19]?D"+
至此链式操作完美实现。 6z@OGExmd#
68?oV)fE
FDM&rQ
七. 问题3 w
V&{w7
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。 @sv==|h
E"!C3SC [
template < typename T1, typename T2 > {^gbS
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const q/-8sO}q
{ -]"=b\Q
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); j|gv0SI_
w
} c n#JO^8
x
\B!0"~
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: 6=o@X
cY?<
W/
template < typename T1, typename T2 > D ODo
!
struct result_2 J&UFP{)
{ j(/Bf m
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 3)v6N_
} ; e\i K
7qSlqA<Hs
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? $~c?qU
这个差事就留给了holder自己。 d&'z0]mOe
iOz<n
z
"GoNTM5h
template < int Order > -\:#z4Tc
class holder; [tDUR
template <> +;SQ}[
class holder < 1 > B;tU+36nM
{ Rro|P_
public : ?Z%Ja_}8ma
template < typename T > 0L10GJ "(
struct result_1 Ry*NRP;
{ 8;9GM^L
typedef T & result; ?l#9ydi?
} ; 2%\Nq:;T
template < typename T1, typename T2 > ,GEMc a,`
struct result_2 ~d6_
{ )BNm~sP
typedef T1 & result; d{+H|$L`
} ; |sz`w^#
template < typename T > Ge$cV}
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const [^t"Hf
{ _ b}\h,Ky
return (T & )r; QxvxeK!Y
} pgz3d{]ua
template < typename T1, typename T2 > c/
%5IhX?
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const t$=FcKUV}f
{ ;`g\T u
return (T1 & )r1; w~M5)b
} ; iQ@wOL]
} ; {;^booq
>|SB]'C|
template <> g6EdCG.V
class holder < 2 > XPXC7_fV
{ !OM9aITv[
public : B#o(21s
template < typename T > Ne*I$T 5
struct result_1 T:x5 ,vpM
{ ncJ}h\:Sk
typedef T & result; 65AXUTg
} ; USu/Y29
template < typename T1, typename T2 > #C|:]moe
struct result_2 xtf]U:c
{ ZmO/6_nU?
typedef T2 & result; q]:+0~cz
} ; 'GQ1;9A57
template < typename T > OTd=(dwh
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const PYr#vOH
{ &Th/Qv}[
return (T & )r; !;lA+O-t
} &w:"e'FG`
template < typename T1, typename T2 > =%Gecj
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ',8]vWsl
{ $=iz&{9
return (T2 & )r2; #0`2wuo
{
} m}6GVQ'Q
} ; % Z&[wU~
4nkH0dJQ
]tH/87qJ
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> >。 gqNd@tYI
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: }txHuq1Q.
首先 assignment::operator(int, int)被调用: #!h:w
KJ,{w?p~
)
return l(i, j) = r(i, j); #^<