一. 什么是Lambda x^#6>oOR
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 PK2Rj%
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, pRiH,:\
Xv-1PY':pA
UE&C
pRrqs+IJZ\
class filler .e FOfV)
{ JhhUg
public : YM`:L
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} #GY&$8.u*
} ; 38*'8=Y#>
p'Y&Z?8
'?`@7Eol
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: u1pc5 Y{
E*r
@tE&<[e
Rg8m4x w
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); aJy>
38w.sceaT
<w UD
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 (?!(0Ywbg
qlz9&w
/jjW/lr
Ere?d~8
二. 战前分析 o8};e
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。 <uBhi4
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 #Cg}!38
+#-kIaU
q:2aPfo&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); *;OJ~zT
/* --------------------------------------------- */ [xZ/ZWb/
vector < int *> vp( 10 ); C-a*EG
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); y~==waZw
/* --------------------------------------------- */ 2,8/Cb
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); j[m_qohd7
/* --------------------------------------------- */ IDGQIg
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); |5}rX!wS4
/* --------------------------------------------- */ J8GXI :y
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); gqP-E
/* --------------------------------------------- */
o273|*
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Q
SHx]*)
9S:{
v+!y;N;Q
fCt^FU
看了之后,我们可以思考一些问题: /RJ6nmN@}
1._1, _2是什么? cX|[WT0[I
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。 .%x"t>]
2._1 = 1是在做什么? ?qd,>
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。 i\kTm?BQZ
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。 F,p`-m[q
O8K@&V p
wMH[QYb<*
三. 动工 S s@u,`pr
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Xmap9x
Q vv\+Jp^
p3M#XC_H]
@9}),hl`
template < typename T > zdxT35h
class assignment a,/M'^YyN
{ w?]ZU-
T value; e-[>( n/[
public : HG{&U:>)
assignment( const T & v) : value(v) {} Af2=qe
template < typename T2 > EX`"z(L
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ~`*1*;Q<H|
} ; d] b~)!VW
I! h(`
'}U_D:o.b
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 T-L|Q,-{-
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment xoqiRtlY:
p{iG{
@k=cN>ZMc
q[{:
class holder d&}pgb-Md
{ =y)p>3p}&
public :
F^ I\X
template < typename T > 1% $d D2
assignment < T > operator = ( const T & t) const &Q\_;
{ ;]2x
return assignment < T > (t); !MZ+- dpK
} Z~r[;={,
} ; G{@C"H[$<
:7 qqjs
Jt##rVN
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: zq,iLoY[R
ayV6m
static holder _1; >;&Gz-lm
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 |HrM_h<X
;EgzC^2e
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 6OfdD.y
而不用手动写一个函数对象。
S304ncS|M
u9TzZ
HG2N-<$
-'I _*fu
四. 问题分析 k4S} #!
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。 o .l;:
Un
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。 p]wP36<S!
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 uz ]E_&2
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 :|Z$3q
下面我们可以对这几个问题进行分析。 R;H?gE^m-
1a<]$tZk
五. 问题1:一致性 aRbx
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?| lkV6qIj
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ,VPbUo@
+p13xc?#j
struct holder -G8c5b[
{ ,`;jvY~Ec
// ./#e1m?.
template < typename T > 'dkXYtKCB
T & operator ()( const T & r) const #2h+dk$1
{ Ds{{J5Um%
return (T & )r; NA+&jV
} XR|"dbZW.0
} ; 3rxo,pX94
CXTt(-FT
这样的话assignment也必须相应改动: kGpV;F==*
/@Ez" ?V2
template < typename Left, typename Right > >Z *iE"9"
class assignment b& V`<'{
{ yc*<:(p
Left l; >B0D/:R9
Right r; |Dg;(i?
public : ,
Hn7(^t
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} VJ3hC[
template < typename T2 > $Z/klSEf
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } hF2/
y.:P
} ; Yy]T
J
L{=l#vu
同时,holder的operator=也需要改动: N;<//,
<D;MT96SG
template < typename T > "LOnDa7E^
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const [#0Yt/G
{ +)gGs#2X
return assignment < holder, T > ( * this , t); Wdo#?@m
} ,E&Bn8L~O
u,fA!
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 prZ55MS.
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 #Rc5c+/(
So#dJ>
return l(rhs) = r; iSlFRv?a
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 o
w2$o\hC
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: =HMmrmz:
gC`)]*'tE
template < typename Tp > T j`y J!0
class constant_t X:_<Y_JT
{ N<(HPE};
const Tp t;
/KAlK5<
public : ?yp0$r/
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} _ENuwBYW-
template < typename T > Yj3 P 7k$c
const Tp & operator ()( const T & r) const Te;gVG *
{ :lK4
db
return t; ymtd>P"
} :7\9xH
} ; h4Ia>^@
B20_ig:
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 PPa^o8jd
下面就可以修改holder的operator=了 +e'X;
7IW> >RBF
template < typename T > Y;,Hzmbs6w
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const l)Zs-V!M^\
{ %fv)7 CRM
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); {]^2R>0Q
} `@|w>8bMz{
#XI"@pD
同时也要修改assignment的operator() hq?jdNy
:
rs:Q%V
^
template < typename T2 > a=+T95ulDy
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } khAqYu")
现在代码看起来就很一致了。 5 [4Z=RP
XrS\+y3
六. 问题2:链式操作 L,~MicgV
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ^uW%v2
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。 uUG*0Lj
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。 !9r:&n.\
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。 oEu>}JD
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct h>wcT VF
m"Qq{p|'
template < typename T > ^mg*;8eGa
struct result_1 [T`}yb@
{ PKA }zZ
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; nLy#|C
} ; "!H@k%eAM|
se!mb _!
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: }>&KUl
)47MFNr~>
template < typename T > ]>Si0%
struct ref i[150g?K
{ iCTQ]H3
typedef T & reference; 7yI`e*EOD
} ; dn,g Z"<
template < typename T > $D'^t(
struct ref < T &> cS|VJWgTZ
{ i-W
typedef T & reference; '# z]M
} ; RH(V^09[o
[;KmT{I9
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 5j{Np,K
r7 VXeoX
template < typename T > NP/>H9Q2%
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const zoP%u,XL
{ n|i"S`
return l(t) = r(t); :EZQ'3X
} ++8_fgM
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。 lJ{V
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 +;q.Y?
H9`
f0(H
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 xd8
*<,Wj
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: )ofm_R'q*
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 \t3qS
eWc/
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 *
OsU Y=;
最后的布局是: o>c^aRZ{
Add #SkX@sl@
/ \ TfRGA(+#
Divide 5 ^Y04qeRd
/ \ Ht[{ryTxu
_1 3 :?CQuEv-
似乎一切都解决了?不。 Y
?'tUV
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。 &Un6ay
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。 PuXUuJx(
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: :Q@)*kQH
/smiopFcq
template < typename Right > G>
\Tbx
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const LdTdQ,s<
Right & rt) const wAYB RY[
{ C+%K6/J(
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); lIf(6nm@
} ^0tw%6:
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 @Bs0Avj.
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。 4h|dHXYZ
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。 _+w/
pS`M
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。 B@t'U=@7
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。 "tu*YNP\Q
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? 5Qa
zHlJ
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^s0l
5j^NV&/_
template < class Action > C3VLV&wF
class picker : public Action w([$@1]
{ sR=/%pVN
public :
k0H#:c}
picker( const Action & act) : Action(act) {} z.)p
P'CJo
// all the operator overloaded t FgX\4
} ; n56;m`IU
I*\^,ow
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。 "T6#
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: D59T?B|BdD
PRs@zkO
template < typename Right > 2 x4=
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const lKV"Mh+6
{ ULBg{e?l8
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); )`HA::
} Vhg1/EgUr
mBk5+KyT
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ijUzC>O+q
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。 :&VcB$
z4M1D9iPY
template < typename T > struct picker_maker ftZj}|R!
{ w'ybbv{c
typedef picker < constant_t < T > > result; =AOWeLk*G
} ; Xl%0/o
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > I&]G
{ c3xl9S,5
typedef picker < T > result; H+ZSPHs
} ; ?tYpc_p#
UAYd?r
下面总的结构就有了: rwqv V^
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。 Jb(Y,LO^
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。 sR_xe}-
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 WDx
Mo`zT
至此链式操作完美实现。 ?Zcj}e.r
\pY^^ l*
RKTb'3H
七. 问题3 B0)]s<<
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。 `M@Ak2gcR+
0 bSA_
template < typename T1, typename T2 > cF+ X,]=6
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const c^.l2Q!
{ =-jD~rN4;P
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 30F!kP*E
} Y=B3q8l5
?S#\K^
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: 8+'C_t/0i
'ks{D(`
template < typename T1, typename T2 > HKmcQM
struct result_2 0[a}n6XTk
{ P-Su5F
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; %3=J*wj>D
} ; NHaMo*xQ
K"{HseN{
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? (> "QVxr
这个差事就留给了holder自己。 ^toAw8A=@0
ZX.TqvK/r
XZph%j0o
template < int Order > %c/^_.
class holder; %:u[MBe ,
template <> )]Ti>R O7
class holder < 1 > s#-eN)1R
{ HW_& !ye
public : R>)MiHcCg
template < typename T > t[C1z
struct result_1 d'HOpJE
{ d53 L65[
typedef T & result;
4%ZM:/
} ; y?z\L
template < typename T1, typename T2 > \0*l,i1&
struct result_2 XGs^rIf
{ oXY Moi
typedef T1 & result;
6rDfQ`f\p
} ; WjMRH+
template < typename T > t#b0H)
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const HFtf
{ UTk r.T+2X
return (T & )r; UuJjO^t
} *^XbDg9
template < typename T1, typename T2 > -|_ir-j
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const DJ;g|b
{ 4tc:.
return (T1 & )r1; "S!3m9_#
} <Gb
%uny
} ; 'Z8aPHD
>1|g5
template <> -q>^ALf|@>
class holder < 2 > /g.]RY+u|x
{ Tj/GClD:%
public : !,&yyx.
template < typename T > EESN\_{~.
struct result_1 dbF M,"^
{ :Ml7G
typedef T & result; l?E|RKp
} ; 9%DT0.D}$j
template < typename T1, typename T2 > 9y] J/1#
struct result_2 9'KonW
{ #$ 1$T
typedef T2 & result; 4E3g,%9u
} ; ecHP
&Z$
template < typename T > Wk7WK` >i
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const #G;X' BN
{ q~Jq/E"f
return (T & )r; BGWAh2w6
} n9UKcN-
template < typename T1, typename T2 > 3'eG;<