一. 什么是Lambda Dkw7]9Qm
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 i/qTFQst
_
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, JOfV]eCL
o/p-!
FC>d_=V
#gv4
class filler {NQoS"
{ 49h0^;xlo:
public : ef]B9J~h
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} w6zBVi
} ; ?U9 /fl
?[= U%sPu=
;u!?QSvb
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: r0\f;q
Es8#]'Rk
ok0X<MR!I
|f' 8p8J
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); sdr.u
#Z9L_gDp
Ap<J'?~y
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 HeIS;gfUY
G$=-,6kZO
y-+G
wa3
@$U e$
二. 战前分析 vDE |sT
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。 P Jo
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 N}QFGX
T\sNtdF`:
(B#(Z=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); dOXD{c
/* --------------------------------------------- */ x ^vt; $
vector < int *> vp( 10 ); <r\I"z$
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); p:[LnL
/* --------------------------------------------- */ '2v f|CX
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); !v>ew9
/* --------------------------------------------- */ dgc&[
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); T 33|';k
/* --------------------------------------------- */ u''BP.Y S
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); YoSQN/Z
/* --------------------------------------------- */ @ss):FwA
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); +R\~3uj[7
|63Y
>U"
Bc
^4 T1
z`#_F}v,m/
看了之后,我们可以思考一些问题: o)I/P<
1._1, _2是什么? nNR:cGfG
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。 d*-Xuv
2._1 = 1是在做什么? =AkX4k
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。 x_:hii?6V
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。 nVOqn\m-
v33T @
J(9=T<%T
三. 动工 ]|LgVXEpx
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: {ymb\$f
yT:!%\F9
O@,i1ha%
YFvgz.>QE
template < typename T > Z_itu73I
class assignment wn84?$BGd
{ e,Zv]Cym
T value; v5 Y)al@
public : Xb<)LHA~3
assignment( const T & v) : value(v) {} gWu"91Y0>
template < typename T2 > *l!5QG UoK
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 8=4^Lm
} ; fM:80bnL+
2OC dG
^5x4 q
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 n\>.T[$"
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment V9{B}5KC
t2.juoI(
pqfT\Kb>
NG)7G
class holder k?-S`o%Q
{ @:gl:mc
public : ^[TOZXL`:
template < typename T > *k6$
assignment < T > operator = ( const T & t) const (Y;'[.
{ J/7u7_
return assignment < T > (t); 3@HIpQM3
} Pz
{Ig
} ; 7'UWRRsxUF
|"\lL9CT
4vGbG:x
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: H%T3Pc
)"~=7)~<^
static holder _1; V"g~q?@F
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 R `Q?J[e
u'Pn(A@1R
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); jl@K!=q
而不用手动写一个函数对象。 /MxCvEE
h@Dw'w
W_D%|Ub2X
1eF@_Y^a!
四. 问题分析 0gi}"v
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。 ;]u1~
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-
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 {4)5]62>u
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 cuNq9y;[
下面我们可以对这几个问题进行分析。 !g/_w
10TSc
j
五. 问题1:一致性 bY&YSlO
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?| 6(sfpK'
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 4Xr"d@2(
l58l
struct holder nu(eLUU
{ K1
6s)S'
// EK.c+Or,
template < typename T > r3?5'S`
T & operator ()( const T & r) const ;?j~8
{ qG*_w
RF
return (T & )r; `F@f?*s:
} yT 2vO_rH
} ; "rf\' 9=
GMyoSe%1/
这样的话assignment也必须相应改动: ua!D-0
m(h/:JZ\
template < typename Left, typename Right > B=^2g}mgK
class assignment Z#[>N,P
{ v@]6<e$
Left l; uvNnW}G4
Right r; {<~s&EPd
public : W *|OOa'
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} W>VAbm
template < typename T2 > 0L
7@2|a0
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 0n7HkDo
} ; ^M"HSewo
n9w j[t1/
同时,holder的operator=也需要改动: FBE @pd
?|gGsm+
template < typename T > $)Jc-V
6E
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const kKNk2!z`M
{ 7Im}~3NJG
return assignment < holder, T > ( * this , t); h^Arb=I
} Sk!v,gx
]Oig..LJ
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 d+1L5}Jn
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 +}`p"<'u
,2E`:#$
return l(rhs) = r; n,1NJKX
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。 \qRjXadj
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: nqUH6(
B/:>{2cm
template < typename Tp > ~7KynE
class constant_t )sMAhk|
{ AW]("pt
const Tp t; IZzhJK M1V
public : wV]sGHu F}
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} hVROzGZk
template < typename T > }u38:(^`ai
const Tp & operator ()( const T & r) const
alWx=+d
{ R4[. n@
return t; MM/BJ
} /5a$@%
} ; U+I3 P
&8IWDx.7}
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 mNGb}
lR
下面就可以修改holder的operator=了 eimA *0Cq
la!1[VeL
template < typename T > 0W!VV=j<}
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const VGkW3Nt0
{ Xd90n>4S
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); hCSRsk3
} W ??;4
2{jtQlc
同时也要修改assignment的operator() *8pe<:A#p
=k[(rvU3
template < typename T2 > ]Hv*^Bak
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ])3lH%4-
现在代码看起来就很一致了。 oX%PsS
9}? 5p]%
六. 问题2:链式操作 )dUd `g
现在让我们来看看如何处理链式操作。 N9fUlXhR
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。 :y<Cd[/
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。 <S:,`v&Z
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。 hO:)=}+H
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct >@q2FSMf
VO\S>kw
template < typename T > #!K~_DL
struct result_1 jn5=N[hd
{ +c~O0U1
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 2J>A;x_?
} ; >=]NO'?O
Hzk1LKsT#
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: Wb*T
r!-L`GUm
template < typename T > Ugee?;]lu
struct ref 7.F& {:@_
{ W! 5Blo
typedef T & reference; )%nt61P\W
} ; 1.ugXD
template < typename T > FW6E)df
struct ref < T &> f%(e,KgW=
{ \?p9qR;"4
typedef T & reference; PLY-,Q&'
} ; mt&JgA/
*/fs.G:P
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: v/4X[6(
E Ni%ge'":
template < typename T > ijR*5#5h
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const bb0{-T)1
{ ?U2g8D nFY
return l(t) = r(t); cfO^CC
} )f_"`FH0d
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。 k[^}ld[
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 fmT3Afl5c
3n=O8Fp
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 !W6
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: *N&^bF"SF
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Yg:74; .
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 }f0^9(
最后的布局是: b;t}7.V'%
Add gE]a*TOZk
/ \ XV0<pV>
Divide 5 &*?!*+!,i
/ \ ` wsMybe#
_1 3 tpy:o(H
似乎一切都解决了?不。 ES2d9/]p-
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/q|(Nu&
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。 V!aC#^
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: VG*=)8{
[fJFH^&?hr
template < typename Right > VS@rM<K{
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 85d7IB{28
Right & rt) const pCud`
:o"
{ ZLFdnC@
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); J{'zkR?Lr
} $=6kh+n@
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 EJSgTtp2
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 E6KBpQcd[
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 5{x[EXE'
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 +T8XX@#
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 #Z3I%bkw H
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? 9zM4D
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: @bVh?T0~F,
";!1(xZr
template < class Action > hG0lR.:
class picker : public Action 4OESsN$O
{ 8^ ZM U{
public : 3=eGS
picker( const Action & act) : Action(act) {} +'6ea+$
// all the operator overloaded dA!fv`,6-
} ; ',xsUgk
}od7YL
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。 Z ysUz
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: ]ge^J3az$u
:_[cT,3
template < typename Right > '| Q*~Lh
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 5a/
A_..+I
{ AFF>r#e
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); }5c'ui!3H
} eVNBhR}HS
t1_y1!uQ
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > =dw*B
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 ;@;ie8H
W0 ,"V'C
template < typename T > struct picker_maker (H|d 3
{ Ia>th\_&
typedef picker < constant_t < T > > result; 9!/1F !
} ; l`w|o
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > tS.b5$Q
{ DB?PS^-2
typedef picker < T > result;
j9
&AMg
} ; o\V4qekk
Gpp}Jpj
下面总的结构就有了: 22(]x}`
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。 ~a0}
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。 d'@H@
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 #(wzl
至此链式操作完美实现。 #Ew
eG^!#
?+JxQlVDt-
EO!cv,[a
七. 问题3 Js2_&?}3f
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。 ~}9H<K3V
KV&_^xSoh|
template < typename T1, typename T2 > v lnUN
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const $;j6*,H
{ LYo7?rp
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); oDiv9jm
} lNp:2P
kQiW 5
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: V?=zuB?'
dCJR,},\f
template < typename T1, typename T2 > >71w
#K
struct result_2 c3 ]^f6)?
{ dZ81\jdYv
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; hI#M {cz
} ; 5^qp&
\kRJUX!s
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? TKutO0
这个差事就留给了holder自己。 {_gj>n (1
G5@fqh6ws
T%vbD*nt.
template < int Order > Ku,A}5-6
class holder; 9%'HB\A
template <> N`GwL
aF
class holder < 1 > &=t(NI$
{ s*U&