一. 什么是Lambda lAZn0EU
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 *\4u :1Cu
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, ]Ac&h
aAP
x=jS=3$8
2,bLEhu
%*Aq%,.={
class filler S(MVL!Lm
{ ![}q9aeT
public : trAIh}Dj
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} rh+2
7"
} ; ,'>,N/JA
stcbM
8&2W^f5
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: J3P)oM[
;E0aTV)Zp
B+Ox#[<75
i*9Bu;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); )e6)~3[^
8IrA{UU
s+RSAyU
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Wd78 bu|
c u:1|gt
0ghW};[6
.*_uXQ
二. 战前分析 fO'"UI
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 #eKg!]4-R
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 jXCSD@?]K
uhJnDo
t=B>t S.hO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); LH_rc
/* --------------------------------------------- */ 3|qT.QR`Z
vector < int *> vp( 10 ); /6@iRswa
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); dnXre*rhz
/* --------------------------------------------- */ [(65^Zl`
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); {P[>B}'rW
/* --------------------------------------------- */ )CAEqP
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); _t'S<jTI
/* --------------------------------------------- */ `<3xi9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); o:x,zfW
/* --------------------------------------------- */ LLlt9(^d
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); A.@/~\
C 7e
:e|[gEA
BZr$x8%ki
看了之后,我们可以思考一些问题: 3LK]VuZE
1._1, _2是什么? S(nZ]QEG
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。 ~8#Ku,vEy
2._1 = 1是在做什么? t!S ja
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。 #MwNyZ
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。 45+w)Vf!
F]L$xU
HC[)):S*
三. 动工 rQ+2 -|#
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: -hjGPu
W:z?w2{VI(
f5p:o}U*
g~#HiBgWq[
template < typename T > iJH;OV;P
class assignment )08mG_&atL
{ Q;EQ8pL?"
T value; aOWfu^&H:
public : N=hhuKt]
assignment( const T & v) : value(v) {} 'tRaF
template < typename T2 > %8N=4vTJ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } h_{//W[
} ; D6MktE)'
_h2s(u
>\
'i5V6yB
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 H7=[sL^
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 2S`D7R#6s
h4\j=Np
,cg%t9
)X
dpzWod
class holder rElbzL"&<
{ 4PVkKP'/
public : ,m^@S
template < typename T > Xgs 31#K
assignment < T > operator = ( const T & t) const 8T2iqqG/1
{ F_ Cp,
return assignment < T > (t); >gqd
y*Bg
} Fo0dz
} ; 5m e|dvk
H%AF,
:Jz@` s1n
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Ig*qn# Dd
H$j`75#u?-
static holder _1; 'W>Zr}:
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 X 9lh@`3
[nBdq"K
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %#^)hX,+Q
而不用手动写一个函数对象。 0i4X,oHjG
b<N962 q$q
+}u{{
C6-71`C0
四. 问题分析 ~jqG
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ^JKV~+ Q
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 T==(Pw7R7
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 :=I@<@82W
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 KG5h$eM'
下面我们可以对这几个问题进行分析。 (zm5
4
Vm
lQnl6j
五. 问题1:一致性 U!0 Qf7D
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?| ) ag8]
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ?4]#gCks
##6_kcL:6G
struct holder D~< 3
{ NvZ )zE
// x@@U&.1_A
template < typename T > |#r[{2sS
T & operator ()( const T & r) const -RSPYQjz
{ m
_0D^e7#
return (T & )r; jf_0IE
} S;582H9D
} ; ;U
+;NsCH
T%%+v#+
这样的话assignment也必须相应改动: kg>Ymo.
D~;hIt*
template < typename Left, typename Right > 1lxsj{>U
class assignment 3E!#?N|v
{ A1zqm_X5)P
Left l; >@2l/x8;
Right r; [I`r[u
public : cR0RJ$[d
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} jf&LSK;2
template < typename T2 > 7VF^&6
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } @aG1PG{
} ; hLVS}HE2
:J3ZTyjb
同时,holder的operator=也需要改动: 5aF03+ko
Yfk){1
template < typename T > Fb<r~2
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const h\ (z!7t*
{ Su<Ggv"
return assignment < holder, T > ( * this , t); }),tk?\
} 9.KOrg5}L
y\'t{>U/
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 _)J;PbK~
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 2V}tDN7c
#?xhfSgr
return l(rhs) = r; TzXivE@mm
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。
uC3o@qGW<
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: gr'M6&>
{gE19J3
template < typename Tp > uzO%+B!
class constant_t |~mi6 lJ6
{ {emO=@CP
const Tp t; KzRw)P
public : XE_|H1&j
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} x1m J&D
template < typename T > ^X6fgsjz
const Tp & operator ()( const T & r) const O a_2J#~$
{ r5b5 `f4
return t; _y}]j;e8>{
} `~Eo;'( +^
} ; t[B\'f!
L\||#w
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 VGoD2,(b^
下面就可以修改holder的operator=了 :)v4:&do
esH>NH_
template < typename T > N|c;Qzl
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const mie<jha
{ @O}%sjC1
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); }&d@6m]
} /I{<]m$
B\a-Q,Wf
同时也要修改assignment的operator() 2R&msdF
B$aA=+<S
template < typename T2 > eK\1cs
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Vx@JP93|
现在代码看起来就很一致了。 #%U5,[<a8
sQrP,:=r#
六. 问题2:链式操作 f&glY`s#
现在让我们来看看如何处理链式操作。 *TY?*H
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 oD]tHuDa
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 <6`_Xr7)
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 -QL_a8NL
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct MtC \kTW
g$s"x r`:
template < typename T > q]3bGO;
struct result_1 !|{T>yy
{ Zr,:i
MPZ
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; bX%9'O [-
} ; 'Z#8]YP`
VfOm#Ue0q
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: '#REbY5ev
e&zZr]vs]l
template < typename T > tW;1
struct ref h.@5vhD
{ iJE
$3
typedef T & reference; ,$ L>
} ; Md_S};!QN6
template < typename T > 5q<AMg
struct ref < T &> !E<y:$eH:
{ s86Ij>VLf
typedef T & reference; HV@C@wmg
} ; iB1"aE3
25%[nkO4
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: n}(/>?/
.$5QM&
template < typename T > v0)I rO
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const {/SUfXq
{ - Te+{
return l(t) = r(t); (27bNKr
} rnW(<t"
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 x"q!=&>f
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 K
TJm[44
3oX\q/$
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 JGl0
(i*|
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: c:(Xkzj
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 g{wOq{7V
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Q-<N)K$F(4
最后的布局是: 3Au3>q,
Add .YYfba#{
/ \ m{T:<:q~
Divide 5 <4r3ZV;'
/ \ Fq\vFt|m<
_1 3 m,YBk<Bx
似乎一切都解决了?不。 Aw#@}TGT
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ,*_=w^;Rr
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 oD1rt>k
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: fS9TDy
4mYJ i#e6x
template < typename Right > FI|jsO 3
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Sep/N"7~t
Right & rt) const H,8HGL[l
{ kucH=96
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); .d
mUh-
} ')eg6IC0&T
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 NVyel*QE
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 'Lm\ r+$F
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。 ~4-:;8a
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。 rjk{9u1a"
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。 cX~J6vNy5
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? {v3?.a$u
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: i`k{}!F
mE1m
template < class Action > f%#q}vK-
class picker : public Action ZQ@Ul
{ p;nRxi7'
public : 6l Suzu
picker( const Action & act) : Action(act) {} |azdFf6A:[
// all the operator overloaded faTp|T`nY
} ; Lp1\vfU<+
(AIgW
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 8&q[jxI@8
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: k`aHG8S\
B7QuSo//
template < typename Right > *WzvPl$e
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const rf\/Y"D
{ -K%hug
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); {e]ktj#+{
} v?O6|0#x
Y[~Dj@Q<
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > bI?uV;m>
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。 ~~iFs ,9
d,XNok{
template < typename T > struct picker_maker ^.gBHZ
{ ,v@C=4'm
typedef picker < constant_t < T > > result; /:GeXDJw
} ; =zsA@UM0
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 0wE)1w<C~
{ 96#aGh>
typedef picker < T > result; JIOeDuw+
} ; JqTR4[`Z\
v!WkPvU
下面总的结构就有了: {lO>i&mx
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。 lHI?GiB@
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。 P9f,zM-
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 >c30kpGg
至此链式操作完美实现。 0J z|BE3Y
0\KDa$'1k
vxZ :l
七. 问题3 D:=Q)Uh0I
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 W6&mXJ^3L
[AN= G!r
template < typename T1, typename T2 > (Kg( 6E,
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const M{)|9F
{ w|[{xn^R
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); N_o|2
} dw YGhhm
,sZ)@?e
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: S%IhpTSe6
4NDT5sL
template < typename T1, typename T2 > #q9cjEd_7
struct result_2 B!AJ*
{ Lg2z `uv
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Xf%wW[~
} ; DTN)#GCtF
:Oh*Q(>
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? e3=-7FU
这个差事就留给了holder自己。 l|L
]==M
r 3FUddF'
@$R^-_m
template < int Order > Z@gEJ^"yA"
class holder; U}c05GiQw
template <> 9D{p^hd
class holder < 1 > zOn%\
{ /|WBk}
public : I#U)
template < typename T > JLh{>_Rr
struct result_1 XGSgx
{ r68d\N`.
typedef T & result; ;dquld+q
} ; bF c
%
template < typename T1, typename T2 > `2a7y]?
struct result_2 LNOz.2fr>
{ i/j eb*d0
typedef T1 & result; _5H0<%\
} ; 5NN`tv
template < typename T > Ry`Y +
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const l5<&pb#b
{ qs3V2lvYw{
return (T & )r; +qee8QH
} wj-z;YCV
template < typename T1, typename T2 > dw3H9(-lp
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const fa2hQJ02
{ ;hCUy=m.
return (T1 & )r1; O>/&-Wk=
} A k+MREG
} ; =S<