一. 什么是Lambda :M<] 6o
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 a#& ( i
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, 1EWZA
18Ju]U
["4Tn0g ;
NSH4 @x
class filler ~-B+7
{ 1MT,A_L
public : *;~u 5y2b
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} =2ED
w_5E
} ; 0r8Wv,7Bo
bX`Gv+
&|db}\jT
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: e0otr_)3F
m7u`r(&
p(8 @
Jyr
V2Tk^
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 3wcFR0f
6]kBG?m0
k}NM]9EAE
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 cUdS{K&K
_{gqi$Mi
H\\FAOj
^w2 HF
二. 战前分析 >xq.bG
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 HEIg_6sb
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 F*r)
Im@OAR4,R
eF9GhwE=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); X{OWDy
/* --------------------------------------------- */ o)^Wz
vector < int *> vp( 10 ); gZ7R^]
k
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); /kg#i&bP~
/* --------------------------------------------- */ 6N5(DD
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); .R'M'a#*!A
/* --------------------------------------------- */ j%^4
1 y
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Y:t?W
/* --------------------------------------------- */ +*?l">?|F
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); TjYHoL5
/* --------------------------------------------- */ s&-MJ05y
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); >eQ.y-
4
v$Hz)J.01
Q{L:pce-
T,1qR:58
看了之后,我们可以思考一些问题: @z{SDM
1._1, _2是什么? *4}NLUVX
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。 f:<BUqa
2._1 = 1是在做什么? UU MB"3e
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。 n$r`s`}
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 J:Qx5;b;
}X^MB
L\:m)g,F.
三. 动工 V<jj'dZfW
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Zd>sdS`#r
kwc
Cf2
Oh p@ZJ!a?
V3q`V/\
template < typename T > j9hfW'
class assignment ng!cK<p
{ Hy&Z0W'l
T value; c&',#.9
public : /}8Au$nA
assignment( const T & v) : value(v) {} `cXLa=B)9
template < typename T2 > a(]&H
"
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } zdRVAcrwQ
} ; sIgTSdk
A%Ka)UU+n
az0=jou<Zl
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 v#%rjml[
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment
h]ae^M
vjx'yh|
@Xl(A]w%!
^]R_t@
class holder m[v0mXE
{ ISs&1`Y
public : <m`CLVx8m
template < typename T >
S
W%>8
assignment < T > operator = ( const T & t) const i~]60M>
{ K}re{y
return assignment < T > (t); Uq#2~0n>
} -EP1Rl`\
} ; ;P)oKx
]?@ [Ny=0
20|_wAA5
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: Sc>mw
}'eef"DJ9
static holder _1; p;}`PW
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 hHJvLs>^
Eb[;nk?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); M11\Di1
而不用手动写一个函数对象。 pJ/]\>#5
?;~E*kzO&
K-TsSW$}
Tty'ysH
四. 问题分析 N)g _LL>^
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。 >2{Y5__+e
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。 + m-88
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 _F6<ba}o3
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 FJtmRPP[r
下面我们可以对这几个问题进行分析。 _dd! nU\A|
S}JOS}\^j
五. 问题1:一致性 YXWDbr:JX
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?| 2.%)OC!q&5
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Lf5zHUH
A)]&L`s
struct holder }qECpKa0
{ D2&d",%&f
// 62R";# K
template < typename T > GbQi3%
T & operator ()( const T & r) const H^n@9U;[K
{ qBBCnT
return (T & )r; uxTgK'3
} ~#)hqU'
} ; BN79\rt
+S4>}2N33
这样的话assignment也必须相应改动: bfz7t!A)A
`qs,V
template < typename Left, typename Right > L3Y,z3/
class assignment >1!u]R<3
{ k^%=\c
Left l; p}!i_P
Right r; >p-UQc
public : Mrrpm%Y
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 8C3oi&av/{
template < typename T2 > D^@@ P
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } \"ahs7ABT
} ; \o[][R#D
$t%IJT
同时,holder的operator=也需要改动: 95'+8*YCY
phu,&DS!
template < typename T > sn:VM HrOT
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const -b^dK)wR~
{ 7/~=[#]*
return assignment < holder, T > ( * this , t); _"
9 q(1
} j<kW+Iio
Kc\8GkdB
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 o.!o4&WH
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 tR>zBh_b
pSlc (M>
return l(rhs) = r; 0V3dc+t)O
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Z4/D38_
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: i5TGK#3o
P{A})t7
template < typename Tp > A*DN/lG
class constant_t phH@{mI
{ zk{d*gN
const Tp t; gNW+Dq|X%
public : U2YY
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 'EIe5Op
template < typename T > b_ TI_
const Tp & operator ()( const T & r) const f\oW<2k]~
{ 'zm5wqrkAd
return t; OS#aYER~/
} y\_+,G0
} ; f>6{tI5X
[mv? \HDa~
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ;av!fK
下面就可以修改holder的operator=了 /lECgu*#69
}=EJM7sM|k
template < typename T > K/*R}X
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const r =x"E$
{ ~RVlc;W
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); _3%$E.Q
} Ct-eD-X{
0M;g&&mF
同时也要修改assignment的operator() ZS+m}.,whQ
t[2b~peNI
template < typename T2 > lU!_V%n
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } W<)nC_$
现在代码看起来就很一致了。 VLm\P S
>;9g`d
六. 问题2:链式操作 _fk}d[q0
现在让我们来看看如何处理链式操作。 X(/fE?%;
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。 2+y wy^
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。 1,=:an
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。 -}<Ru)
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct p7> 9
m
7NRa&W2
template < typename T > AsE77AUA
struct result_1 Ut2T:%m{
{ yFk|8d-|
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; kkZ}&OXS;
} ; mQ1
YZfi-35@g
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: KC}G_"f.$
S8AbLl9G@>
template < typename T > <k8WnA ~Fl
struct ref e~
OrZhJ=_
{ fUf1G{4
typedef T & reference; F_:Wu,dUZ
} ; pmBN?<
template < typename T > h{7>>
struct ref < T &> {f/]K GGk
{ >dK0&+A
typedef T & reference; M{orw;1Isy
} ; 8!35
K
iC
hIW/H
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: HgW!Q(*
O1jiD_Y!9
template < typename T > 9LPXhxNwB
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const afHRy:<+%
{ '2Zs15)V
return l(t) = r(t); H HX q_-V
} >|RoLV
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。 [@/p 8I
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 f{2UL ?y
]0<K^OIY
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 xKBi".wA
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: VXZYRr3F
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 v(Kj6 '
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 oMAUR
"
最后的布局是: Efe(tH2q
Add ;yqHt!N
/ \ "
]k}V2l
Divide 5 =/j!S|P
/ \ ,Vj&
_1 3 Chl^LEN:
似乎一切都解决了?不。 3d;J"e+?
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。 >q?{'#i
/
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。 NApy(e5%
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: Jm)7!W%3
2sgp$r
template < typename Right > |1H9,:*%
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const "D>/#cY1/
Right & rt) const ?{ \7th37
{ \s)$[pAF
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); HZ!<dy3
} /C'_-U?
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 6&<QjO
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。 ^PE|BCs
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。 Tt{X(I} J
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>;0a;<:
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。 2N |iOog
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? *qL'WrB1
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: si~zg\uY
sRBfLN2C
template < class Action > ~x4]p|)</
class picker : public Action 7Q'u>o
{ OXZK|C;M}
public : .
WJ
picker( const Action & act) : Action(act) {} =n=!s{A:t
// all the operator overloaded U7/
=|Z
} ; 0H%zkJ>Q
}jce5E
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。 "WmsBdO
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: Wn=I[K&&
je#LD
template < typename Right > UWqiA`,
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const uF3{FYM{I
{ .#sX|c=W
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); =],c$)
} v`'Iew }
I5[@C<b
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > o[JZ>nm
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 Q;y4yJ$wI
9' H\-
template < typename T > struct picker_maker ;InMgo,
{ Iq19IbR8
typedef picker < constant_t < T > > result; ['>r tV
} ; d6m&nj
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > )B-[Q#*A-
{ sGiK
S,.K
typedef picker < T > result; pnuwjU-
} ; ^I6Vz?0Jl
Q>\DM'{:4
下面总的结构就有了: Mw+
l>92
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。 jC>mDnX
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。 F!?f|z,/
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 E)p[^1WC
至此链式操作完美实现。 |yj0Rv
KL(sVj^e
j+lcj&V#
七. 问题3 XMI5j7CL
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。 ?mVSc/
d}?KPJ{
template < typename T1, typename T2 > 5[*8CY
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const "~K ph0-
{ VggSDb
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); #+h#b%8
} siV]NI':|
<O-R
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:
"ZNy*.G|[
DbR!s1ux
template < typename T1, typename T2 > &`]T#">
struct result_2 ]gA2.,)}D
{ u
Vv%k5
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Hy'EbQ
} ; g>b{hkIXg
w&hCt