一. 什么是Lambda aw0xi,Jz
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 \3z ^/F~
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, \hZ9in`YlR
W;wu2 '
((_v>{
TqMy">>
class filler ( KG>lTdN
{ DfP
vi1
public : P1QGfp0-J
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ^`!EpO>k9
} ; i+.b R.WO
;0\
'^M3g-C[Jg
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: 5fa_L'L#
T k>N4yq
\LW
'6
pQ_
30/(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ;tLu
C{):jH,Rf
Q1@V?`rkS{
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 $f<R j/`&
F%QVn.
$X;fz)u
Ib8xvzR6I&
二. 战前分析 <%rG*vzi
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。 )<jT;cT!&
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 Ow]c,F}^
Z$5@r2d)
M0% ):P?x
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); x:Kca3p v_
/* --------------------------------------------- */ C_Z[ul
vector < int *> vp( 10 ); n.Q?@\}2
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); O ijG@bI8
/* --------------------------------------------- */ bKH8/*Yk
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); j^~WAWbFh
/* --------------------------------------------- */ N5[fwz
w
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); v
~%6!Tr
/* --------------------------------------------- */ "V cG3.
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); l2!4}zI2
/* --------------------------------------------- */ <%Re!y@OL
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Hv1d4U"qM
-3c?Yaf"
b9([)8
u37@9
看了之后,我们可以思考一些问题: b-+iL
1._1, _2是什么? +x0-hRD
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Y&5h_3K;<
2._1 = 1是在做什么? u]ZCYJ>
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 !g~xn2m$R
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。 A{hWFSv
_dq.hW7
!W8'apG&[
三. 动工 T{j&w% (z
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: iffRGnN^e
~>ACMO
P Z;O
pp
/\_ s
template < typename T > dYJW`Q;j.|
class assignment @Tzh3,F2
{ h^bbU.
T value; ]baO{pJi
public : jfHVXu^M
assignment( const T & v) : value(v) {} W 6~B~L
template < typename T2 > @&d/}Mx"t
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } pUr.<yc&u
} ; u*&wMR>Crf
C
sn"sf
6kKIDEX
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 BaTE59W
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment e?G] fz
hM(|d@)
dd>stp
dM 7-,9Vc
class holder [>4Ou^=1
{ ?E2/
CM
public : +B%ZB9
template < typename T > T.aY{Y
assignment < T > operator = ( const T & t) const -pc*$oe
{ %Sfew/"R0
return assignment < T > (t); X'WbS
} icHc!m?
} ; SUfl`\O
i}+K;,Da:8
2rf-pdOvG
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: }0|,*BkI
m
Cjsy1gA
static holder _1; b4s.`%U
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 V\WqA8
QkwBw^'_5
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); PSNrY e
而不用手动写一个函数对象。 aDTNr/I
/WB^h6qg
Ylll4w62N
W :jC2,s!m
四. 问题分析 -D0kp~AO4N
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 {o4m3[C7=}
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ZPY#<^WOzr
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 8AVM(d@
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ; 7[5%xM
下面我们可以对这几个问题进行分析。 4E}/{1
}i./,
五. 问题1:一致性 kA{[k
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| ;dNKe.`Dg
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ;zIAh[z
o4,W!^n2
struct holder B{lBUv(B
{ ~%B^`s
// !&Vp5]c
template < typename T > )VID
;l;4
T & operator ()( const T & r) const N)03{$WM
{ yNP
M-
return (T & )r; ,n}X,#]
} Lk6UT)C
} ; Mk7,:S
x-+Hy\^@|
这样的话assignment也必须相应改动: g>A*kY
p@y?xZS
template < typename Left, typename Right > (hS
j4Cp
class assignment Dx/BxqG6}_
{ 7/w)^&8
Left l; 9"KEHf!
Right r; r'#5ncB
public : kqYWa`eE
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} %Iw6oG
template < typename T2 > _$ ]3&P
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } #HpF\{{v
} ; 9o"k
7$
K2<"O qp_W
同时,holder的operator=也需要改动: +1~Y2
0qqk:h
template < typename T > +hI:5(_
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const w
xKlBx7
{ A'HFpsa
return assignment < holder, T > ( * this , t); h5e(Avk
} \3LP@;Phn
{b6| wQ\
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。 z^j7wMQ
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 1%68Pnqk
:3J,t//c
return l(rhs) = r; lk]q\yO_%
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。 W+d=BnOa8
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ]KdSwIbi
S<H2e{~
template < typename Tp > mN?y\GB
class constant_t D^8]+2r
{ >M=_:52.+
const Tp t; 3DRJl,v
public : $L7Z_JD5
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} \ :To\6\Ri
template < typename T > }W^%5o87{
const Tp & operator ()( const T & r) const ],#Xa.r
{ \9j +ejGf
return t; ^S:S[0\,
} 'c7C*6;a
} ; ICAp
4zyN>f|
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 vqO d`_)
下面就可以修改holder的operator=了 LK\L}<;1V
3m%oXT
template < typename T > pURtk-Fr2
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 0z&]imU
{ )#S;H$@$
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); >-U'mkIH
} LtIp,2GP&_
Rp.42v#ck
同时也要修改assignment的operator() UMtnb:ek
}C-K0ba7
template < typename T2 > E2dl}S zp
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } JBqL0H
现在代码看起来就很一致了。 #uTNf78X
<@:RS$"i
六. 问题2:链式操作 o%3i(H
现在让我们来看看如何处理链式操作。 @^P<(%p
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 8/W(jVO(-
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 Ckd
j|
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 WH|TdU$V
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct u}I-#j)wap
tofX.oi+C$
template < typename T > |wbXu:
struct result_1 3yGo{uW
{ +;r1AR1)x
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; #aI(fQZe
} ; 2{U5*\FhVX
lw+54lZX|
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: YV%y
KD
Fnqj^5
template < typename T > To/6=$wto
struct ref wrP3:!=
{ arK(dg~S
typedef T & reference; |L9p. q
} ; K
HyVI6N[
template < typename T > l,fwF ua
struct ref < T &> t@X{qm:%Z
{ :m]KVcF.
typedef T & reference; 88 x2Hf5I
} ; fQm3D%
--OAsbr
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: h2jrO9
+{~cX]|
template < typename T > ;t~Y>,
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const GG&J
{ -HwqR Ys
return l(t) = r(t); d+qeZGg^A
} E!A+J63zsw
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 C6"{-{H
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 @\U;?N~k
L;\f^v(
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 xs
1V?0
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: !w1acmo<_
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 hKVb#|$
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 jXPf}{^
最后的布局是: /np05XhEa
Add OYyF*F&S[
/ \ [L>mrHqG
Divide 5 /9b+I/xY"
/ \ f_|pl^
_1 3 wY]ejK$0R
似乎一切都解决了?不。 A&N$=9.N1
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。 B#]:1:Qn
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。 {K N7Y"AI
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: Skl:~'W.&|
uK%0,!q
template < typename Right > I*z|_}$
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ,UYe OM2Ao
Right & rt) const 42f\]R,
{ (I/ZI'Ydy
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); -G[TlH06
} {3T&6 LA
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 r}:Dg
fn
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。 ! FVD_8
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。 EG8%X "p
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。 <S^Hy&MD>
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。 v4qpE!W27~
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? TH"<6*f2L
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: L)i6UAo
),>whCtsI
template < class Action > :*M2@
class picker : public Action naiQ$uq0
{ ~#jnkD
public : fh*7VuAc
picker( const Action & act) : Action(act) {} s"`Oj5
// all the operator overloaded d};[^q6X
} ; ~\*wt( o
ki'<qa
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。 DaBy<pGb?
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: #Vhr1;j
$azK M,<q
template < typename Right > vA{DF{S4
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const QFB2,k6jN
{ >}bkX
6c5
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 0h
kZ
} l\"CHwN?Y
bw)E;1zo
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 2eRv{_
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 Xyu0np;@
SBaTbY0
template < typename T > struct picker_maker y(*5qa<>
{ IrIW>r} -
typedef picker < constant_t < T > > result; F=?GV\Tw
} ; BI<(]`FP;s
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > k$.l^H u
{ 4}Y? :R
typedef picker < T > result; |kF"p~s
} ; -
i{1h"
&p+2Vz{
下面总的结构就有了: sY[!=` @
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。 rM4Ri}bS
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。 xouBBb=
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 VVEJE$
至此链式操作完美实现。 YkQ=rurE
>CqZ75>
/IG3>|R
七. 问题3 #sv:)p
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。 1wE`kbC<
mqBX1D`e2
template < typename T1, typename T2 > e
+jp,>(v
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Odm1;\=Eg+
{ kaRjv
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); {qm5H7sL
} djn<