一. 什么是Lambda YwnYTt
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 S@Q4fmH
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, #)PAvBJ;m
>JckN4v
{~cM 6W]f
,Vr-E
class filler zqt{oN_
{ Sahz*f
public :
9qvKg`YSh
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} e-Ma8+X\
} ; iininITOS{
ykat0iqo
;Qq<5I"y
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: m;@8z[
^5
f1,VbuS9I
eNc>^:&y*
^2)<H7p
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); xh|<`>5
9mRP%c#(
~
NZC0&
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 s_}q
>7,?X_:A-1
wlsq[xP
0 n}2D7
二. 战前分析 ,y}@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。 *r(Qy0(
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 {U"=}j(
d`9ofw~3=
!hWS%m@
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); yB2}[1
/* --------------------------------------------- */
WiiAIv&
vector < int *> vp( 10 ); *!m(oP
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); u1;sH{YK>
/* --------------------------------------------- */ mr2fNA>kR
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); hAU@}"=G
/* --------------------------------------------- */ E)F#Z=)
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); \zLKSJ]
/* --------------------------------------------- */ 9oQ$w?=#$
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); PT39VI
=
/* --------------------------------------------- */ )0?u_Z]w9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); >0E3Em<(}l
_|VF^\i
s
a{x.2/o}
g1v=a
看了之后,我们可以思考一些问题: $|m'~AmI
1._1, _2是什么? u5N&W n{
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 pc2;2^U_
2._1 = 1是在做什么? Dgc}T8R
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 q1pB~eg5
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 OEnCN
I/* ULR,
sT'j36Nc<,
三. 动工 08G${@D+X0
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: U(/8dCyyY
V@o#" gZ
TpcJ1*t
oLIgj,k{*
template < typename T > Zk~~`h
class assignment EslHml#
{ N"8'=wB
T value; Y^tUcBm\
public : =z!/:M
assignment( const T & v) : value(v) {} unc8WXW
template < typename T2 > ek1<9"y
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Q6;bORN
} ; Y_nl9}&+C0
GB4^ 4Ajx
sA2esA@C<o
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 W:>XXUU
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment uj:1_&g
-% \LW1
0K4A0s_R`
^h!}jvqE
class holder 4Z.Dz@.c(
{ mJZB@m u?
public : -QK- w>
template < typename T > apjoIO-<
assignment < T > operator = ( const T & t) const hc*t Q2
{ B ?l0u
return assignment < T > (t); 9Ed=`c
} k)R~o
b
} ; @%jY
c 5 `74g
U".5x~UC
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: W`uq,r0Xsy
;FJFr*PM
static holder _1; 35JVF*z
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 CbwQbJ/v7
Pk>S;KT.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); i0F6eqe=J
而不用手动写一个函数对象。 Qs ysy
j'`-3<k
f2u4*X
E\
g@Pq<
四. 问题分析 Y`."=8R~
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。 P9W?sPnC5
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。 hP}-yW6]
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 5zOC zm
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 mt~E&Z(A
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Qb|@DMq%
.bUj
五. 问题1:一致性 YJ|U|[
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?| 3&6sQ-}*
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 "}vxHN#
4~1lP&
struct holder @z^7*#vQv
{ ~G1B}c]
//
KL./
template < typename T > |K" nSXzk
T & operator ()( const T & r) const 2fg
P
{ p-xG&CU
return (T & )r; +8Y|kC{9"
} g7{:F\S
} ; GI@;76Qf
C3'?E<F
这样的话assignment也必须相应改动: izzX$O[=:
Tgl >
template < typename Left, typename Right > R90#T6^
class assignment V|~o`(]
{ U>sEFzBup
Left l; 51tZ:-1!
Right r; |{JI=$
public : |w+
O.%=
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} OZA^L;#>
template < typename T2 > V"B/4v>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } )2Bb,p<Wr
} ; C-\3,
xIwILY|W=
同时,holder的operator=也需要改动: SLRF\mh!L
+cM~|
template < typename T > h^
K]ASj
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const = WHI/|&
{ f[
KI
T
return assignment < holder, T > ( * this , t); o/ 7[
G
} 6AoKuT;
IJVzF1vC
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。 [] el4.J,
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 [.}Uzx
xz,o Mlw
return l(rhs) = r; m>RtKCtP
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。 `X)A$lLr
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: {T-^xwc
1 e]D=2y
template < typename Tp > Z;,G:@,
class constant_t 0
vYG#S
{ |>OBpb
const Tp t; x4(8
=&Z
public : t fD7!N{
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} fzA Fn$[
template < typename T > x6^Y&,y9kU
const Tp & operator ()( const T & r) const bDm7$ (
{ F`GXho[
return t; *tv\5KW G
} r*dNta<
} ; Ud7Z7?Ym
PT
}J.Dwx
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ]s!id[j
下面就可以修改holder的operator=了 7&D)+{g
CO9PQ`9+
template < typename T > ?rA3<j
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const *nc3A[B#C
{ q6 ny2;/r
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Zd88+GS,#
} d3Y;BxEz
qWx{eRp d
同时也要修改assignment的operator() ve:Oe{Ie{
3=^)=yOd
template < typename T2 > s;..a&C'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } oe|8
现在代码看起来就很一致了。 b(CO7/e>
~y?Nn8+&f
六. 问题2:链式操作 $VB
dd~f
现在让我们来看看如何处理链式操作。 dwQ1~
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 q]?)c
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 "LJV}L
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 SF9N S*mr
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 9X,iQ
H=\Tse_.
template < typename T > ~Uey'Xz
struct result_1 ijUu{PG`X
{ tTF<DD}8
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; <h;_:
} ; `<g6^ P
rS+) )!
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: FJ4,|x3v[x
a+\<2NXYD
template < typename T > 5ba e-
struct ref j S[#R_
{ fVf:voh
typedef T & reference; 9D Nd} rXO
} ; wy8Q=X:vP
template < typename T > NbTaI{r
struct ref < T &> V.*y_=i8t
{ ^<;CIXo
typedef T & reference; EpQy;#=;
} ; aSu^
LnKgT1
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: *v]s&$WyO
(z.n9lkfi
template < typename T > ZNM9@;7
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const G;iH.rCH
{ TET=>6
return l(t) = r(t); lM}-'8tt?
} 2K{'F1"RM
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。 _x1W\#
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 /CMgWGI
09trFj$L
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 7(uz*~Z?`0
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: :CK`v6 Qs
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 DB65vM
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ,|3_@tUl
最后的布局是: ?o$t{AQ
Add WJu(,zM?G
/ \ >j3':>\U
Divide 5 7}y@VO6]
/ \ rMHh!)^#W
_1 3 9(OeH7
似乎一切都解决了?不。 d(TN(6g@
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@NBN&Fr
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。 }(
CYok
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: HfgTc
h
1#%H!GKvTU
template < typename Right > ot[ZFF\
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const AIY 1sSK
Right & rt) const c*.
{ IW&*3I<K
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 0ju-l=w
} LU+SuVm
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 jex\5
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。 WW{_D
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。 '*65j
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。 O39
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。 y<w_>O
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? uR{)%udu
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: :aomDK*
i{TPf1OY`M
template < class Action > J]XLWAM
class picker : public Action t!SxJB e
{ WeaT42*Q{
public : ygj%VG
picker( const Action & act) : Action(act) {} U~)5 {
// all the operator overloaded :9ia|lN
} ; OylUuYy~j
yj#FO'UY
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。 {Ji&rk}NP
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: )B"{B1(
k}qQG}hB
template < typename Right > 1.k=ji$D0
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const LH)1IGAx2y
{ i!*<LIq
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); axph]o@ y@
} =}Zl
E
sR>>l3H
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > fS/:OnH
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。
[?|yQ x
|h6!b t!=
template < typename T > struct picker_maker vs[!B-
{ EyVu-4L:#
typedef picker < constant_t < T > > result; m BFNg3_
} ; kP+,x H)1
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > S|)atJJ0G"
{ 3@\/5I xn
typedef picker < T > result; e)B1)c 8s
} ; @vyEN.K%mm
!reOYt|
下面总的结构就有了: =pi,]m
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 NfPWcK[
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 iKV|~7nwO
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 YVa,?&i=N
至此链式操作完美实现。 w(aj' i
;`LG WT-<F
,$/Ld76U
七. 问题3 5I1YB+$}e
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 +aL
;22?-F^
template < typename T1, typename T2 > 3IQI={:k|D
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const }xt^}:D
{ ?!U.o1
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); C]8w[)d[`;
} <=GZm}/]N
Pg:xC9w4
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: &z40l['4bz
0$c(<+D
template < typename T1, typename T2 > e
ar:`11z
struct result_2 U)Hc7%
e
{ Nv.
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; (wq8[1Wzup
} ;
K];]
F"k`PF*b
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? &8l?$7S"_/
这个差事就留给了holder自己。 aReJ@
0C%IdV%CU
\ui'~n_t]
template < int Order > yc?L
OW0
class holder; RHn3\N
template <> *(1<J2j
class holder < 1 > p *42
@1,
{ ,(Zxd4?y
public : HQ9tvSc
template < typename T > 2"Wq=qy\J
struct result_1 gAorb\iJ
{ Z;a)P.l.>
typedef T & result; F7O*%y.';
} ; 4]m{^z`1
template < typename T1, typename T2 > M^Z=~512g
struct result_2 LH_H
yP_
{ |[iO./zP
typedef T1 & result; 4GF3.?3
} ; "Zhh>cz
template < typename T > ;z9,c
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const #GlFm?/6K/
{ +em!TO
return (T & )r; 68h1Wjg:"!
} Mz(?_7
template < typename T1, typename T2 > zEO~mJzo
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const '+{yg+#/wV
{ yp$jLBA
return (T1 & )r1; -hW>1s<
} Xwo+iZ(a
} ; "Hz%0zP&
kP[fhOpn
template <> }"WovU{*s
class holder < 2 > (_ :82@c
{
0LL65[
public : HP_h!pvx
template < typename T > )e'F[
struct result_1 #z&R9$
{ 6M7GPHah
typedef T & result; ysG1{NOl
} ; CKZEX*mPC
template < typename T1, typename T2 > 0Yq_B+IC
struct result_2 oY0b8=[
{ _F[a2PE2+
typedef T2 & result; 1G12FV>M
} ; 2HBey
template < typename T > aW dI
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const lJ= EP.T
{ /cx'(AT
return (T & )r; u9v,B$S
} zLe(#8G
template < typename T1, typename T2 > 2>^(&95M
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const wMN;<