一. 什么是Lambda N:| :L:<1
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 R#4l"
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, @}d;-m~
6(`N!]e*L
oWY3dc
aze#Cn,P}
class filler L>14=Pr^(
{ M
+OVqTsFU
public : |M7C=z='
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} }h;Z_XF&
} ; 5<(*
+mP`
]"T157F
swj\X,{
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: !}*vM@)1
u<:uL
Eg`~mE+a
V4Rs
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); N9/k`ZGC
mx}5":}
RkG?R3e
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 )W\)kDh!
.@&FJYkLYi
7-B|B{]
rd->@s|4mT
二. 战前分析 )isS^O$qH
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 K7&]|^M9
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 Ja3#W
K
F[\T'{
9\!&c<i=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); e2=}qE7
/* --------------------------------------------- */ DL,R~
vector < int *> vp( 10 ); rwDLBpk
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); LkJq Bg
/* --------------------------------------------- */ Mt4]\pMUb
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); `S((F|Ty=;
/* --------------------------------------------- */ "T5jz#H#/
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); esSj
3E
/* --------------------------------------------- */ BPkMw'a:
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); E4Q`)6]0
/* --------------------------------------------- */ w-WAgAch
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); M
%zf?>])
Ut~YvWc9
w31O~Ve
qsp3G7\'=
看了之后,我们可以思考一些问题: &H# l*
1._1, _2是什么? A(&\wd
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 3\ajnd|
2._1 = 1是在做什么? 6'*6tS
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 o
Rk 'I
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 s8(Z&pQ
/TbJCZ
^'Lp<YJs6
三. 动工 xy>$^/[$
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: |8}y?kAC
AIl`>ac
1<x5{/CZ
w:B&8I(n}w
template < typename T >
}kAE
class assignment L'
_%zO
{ t#M[w|5?
T value; 8Ie0L3d-
public : 7202N?a
{
assignment( const T & v) : value(v) {} u@Gum|_=N
template < typename T2 > 1;./e&%%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } :F5(]g 7
} ; DDIRJd<J
T:Q+ Z }v+
"j`T'%EV
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 M&zB&Ia"'
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment :zC=JvKT
7 HL
Uk3
9&kY>M>z0
s!09cS
class holder 5Q}HLjG8Z
{ F9w2+z.
public : .h
w(;
template < typename T > f3,Xb
]h
assignment < T > operator = ( const T & t) const YedF%
{ Qmd2C&Xw
return assignment < T > (t); T}p|_)&y
} 3Qv9=q|[b
} ; "}uu-5]3
z,qNuv"W
ctb
, w
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: ENYc.$r
qyE*?73W
static holder _1; y#ON=8l
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ' z^v}~
MmfshnTN
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); kYS\TMt,C
而不用手动写一个函数对象。 }sZy |dd
4mGRk)hk:>
<1V>0[[e
_=5\ $6
四. 问题分析 g[{rX4~|
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 F0'o!A#|(
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 sYTToanA$?
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 S@L%X<Vm
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 7z&^i-l.
下面我们可以对这几个问题进行分析。 C5^N)-]"
/X\:3P
五. 问题1:一致性 d/?0xL W
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?| Mb%[Qp60
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 'xOH~RlE
\y/0)NL\
struct holder 3A b_Z
{ ,+g0#8?p^x
// kb*b|pWlO
template < typename T > F.R0c@&W
T & operator ()( const T & r) const TsRbIq[
{ # f{L;
return (T & )r; .V^h< d{
} >3ASrM+>w
} ; 0Szt^l 7
(7PVfS>;
这样的话assignment也必须相应改动: zU>bT20x/
qB=%8$J
template < typename Left, typename Right > <dhBO
class assignment *7/MeE6)i
{ CY.i0
Left l; `>$l2,
Right r; P?U}@U~9
public : 6~(iLtd#
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} cU=/X{&Om
template < typename T2 > ~D Ta%J
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } :sb+jk
} ; T;JA.=I
=Cr
F(wVO"
同时,holder的operator=也需要改动: [;i3o?\_I
,`l8KRd
template < typename T > X1~ B
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Xc@%_6
{ !xZ`()D#
return assignment < holder, T > ( * this , t); ?9AtFT
} IDv|i.q3
B6a
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。 E?P:!V=_
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ?f[U8S}
l7=WO#Pb
return l(rhs) = r; H;eOrX{GT
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。 -7l)mk
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: t12 xPtN1
,;wc$-Z!8
template < typename Tp > ;;l-E>X0
class constant_t |G]M"3^
{ .EQ1r7
9,
const Tp t; ? v2JuhRe
public : QZ51}i
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} >T~duwS
template < typename T > |F#L{=B
const Tp & operator ()( const T & r) const <oWoJP`G
{ {]\!vG6
return t; )Dq/fW
} V|8`]QW@
} ; BWN[>H %S
u?n{r
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 .)eX(2j\
下面就可以修改holder的operator=了 PXYo@^ 3
U$(AZ|0
template < typename T > Z,osdF
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const %,M(-G5j;
{ )FrXD3p
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); GM<r{6Qy
} lx&ME#~
?0VLx,kp
同时也要修改assignment的operator() M(2c{TT
a~F`{(Q2
template < typename T2 > <v)Ai;l,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } c|'hs
现在代码看起来就很一致了。 `n!<h,S'2
LAwl9YnG:
六. 问题2:链式操作 A,T3%TE
现在让我们来看看如何处理链式操作。 -l!;PV S|
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。 xv{iWJcs
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。 v5 yOh5
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。 vO)nqtw
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct f}'E|:Z 7k
`" E |
template < typename T > ci^+T *
struct result_1 Tl!}9/Q5E:
{ %HJ_0qg
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ;ml;{<jI
} ; &OiJJl[9
.TURS
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: PQ2u R
l*]L=rC
template < typename T > b7/1]
struct ref uSs~P%@6|
{ ^6~CA
typedef T & reference; TCSm#?[B
} ; PF1m :Iz`d
template < typename T > wL2d.$?TEg
struct ref < T &> g|PVOY+|^
{ uE>2*u\
typedef T & reference; 1_7}B4
} ; Nd&u*&S
-,~n|ceI
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: j"E_nV:Qc
1X/
q7lR
template < typename T > Nvs8t%
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Xv'M\T}6C+
{ IN!m
return l(t) = r(t);
Y>+\:O
} UKx91a}g
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。 ()vxTTa
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 i+&*W{Re
f;6a4<bz
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 -\j}le6;c
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ?0+D1w
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 /r|^Dc Nx
+5 调用divide的对象返回一个add对象。
_tN"<9v.
最后的布局是: L^VG?J
Add !h2ZrT9
_
/ \ @R?S-*o
Divide 5 NrTQ}_3)
/ \ fAf sKO*
_1 3 `I<*R0Qe
似乎一切都解决了?不。 O~B
iqm
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。 J;+iW*E:
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。 {3C~cK{
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: <?,o
{
ekfD+X
template < typename Right > TC3xrE:U<m
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const }7vX4{Yn
Right & rt) const Fp-d69Npo
{ `w]=xe
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); B[Uvj~g
} \Btv76*,
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ?K{CjwE.M
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。 'rU
[V+
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。 $r9Sn
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 [z`U9J
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 Ym-uElWo
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? NZ'S~Lr
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: d)(61
x\!Qe\lE
template < class Action > |Z$heYP:w
class picker : public Action Dq
Kk9s;6_
{ X&t)S?eCos
public : -d6|D?}S
picker( const Action & act) : Action(act) {} (J][(=s;a
// all the operator overloaded MVH^["AeR
} ; FlRbGg^
8,#v7ns}#
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。 }f<.07
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: W{At3Bfy
&n6mXFF#>P
template < typename Right > r~z-l,
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const vN-#Ej.
u
{ y|nMCkuX
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ^{_`jE
} *;(LKRV
,-&ler~[
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > R>To
L
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。 h2zuPgz,
Ni'vz7j
template < typename T > struct picker_maker g9H~\w
{ ot]E\g+!
typedef picker < constant_t < T > > result; )$I;)`q
} ; +eZR._&0
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ~#&bDot
{ !,+peMy
typedef picker < T > result; +n %uIv
} ; >o>r@;
l!<Nw8+U
下面总的结构就有了: } '. l'%
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。 [2gK^o&t
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"#bCnS
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 -]~&Pi