一. 什么是Lambda r6.N4eW.L
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 y!Cc?$]_Y
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, t@B(+
_N#&psQzw
vK$^y^
2VgP
class filler j
F5Blc
{ (.X]F_*sc
public : =nxKttmU0
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} tJD]
(F
} ; *i%quMv
Jh@_9/?
g1[&c+=U`P
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: 9K"JYJ
q2
>J>V%
7
}KB[B
.b>TK
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); v[ ,Src
8<&EvOk
w G!u+
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 b-<HXn_Fd
W{Q)-y
pj{\T?(
@u9Mks|{
二. 战前分析 XW~bu2%{7"
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。 a W;aA'!
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 !{%G0(Dv
665[
tk?UX7F
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); >)#c\{c
/* --------------------------------------------- */ vq6%Ey3Gix
vector < int *> vp( 10 ); %'ZN`XftG
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); < o I8-f
/* --------------------------------------------- */ AXW!]=?X
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); n Wgv~{,x
/* --------------------------------------------- */ ]7/gJ>g,
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); P]6}\
]~
/* --------------------------------------------- */ o$J6 ~dn
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); RUXCq`)"<
/* --------------------------------------------- */ +x1/-J8_sg
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); h4`9Cfrq ,
JLm
@Ag
"4 k-dj
?]!vRmZ;
看了之后,我们可以思考一些问题: ^Kq|ID
AP
1._1, _2是什么? ^eh/HnJs
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。 HnZPw&*
2._1 = 1是在做什么? ^ddO&!U
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。 At9X]t
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。 }T(z4P3
G\~^&BAC
*xH\)|3,
三. 动工 8vD3=yK%^
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: |4>:M\h
Mq\~`8V
'044Vm;/
]PS\#I}
template < typename T >
(_+;R
class assignment &8?`<
{ C{m&}g`
T value; Cvn$]bt/s
public : IN !02`H
assignment( const T & v) : value(v) {} OyVm(%Z
template < typename T2 > b X,Siz:F
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } l)|lTOjb
} ; >&K!VQ{g
5h^[^*A?
ti_u!kNv
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 bkv/I{C>?
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment \ TL82H@D
k0ItG?Cv
*\ECf.7jz
8wFn}lw&
class holder P6Xp<^%E
{ ! D1zXXq
public : S+T|a:]\7
template < typename T > X"/~4\tJ"
assignment < T > operator = ( const T & t) const dWpk='
{ ,"G\f1
return assignment < T > (t); m|4LbWz
} Tg''1 Wl*
} ; jnBC;I[:
o)I/P<
Fd8hGj1
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: d*-Xuv
=AkX4k
static holder _1; 3,$iGe
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 WU\m^!`w=F
F`&>NQb
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Eo=HNe
而不用手动写一个函数对象。 o#{#r@,i
kL;t8{n
{ymb\$f
CeW7Ym
四. 问题分析 p":zrf'(6
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。 U[fSQ`&D
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。 O),I[kb
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 vLn> 4SK
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 <\DUo0]J
下面我们可以对这几个问题进行分析。 GOr}/y;
VGJDqm!
五. 问题1:一致性 _rjBc;a
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?| l l:jsm
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ?( 12aU
x[Q&k[xV
struct holder PqfVX8/q0
{ Qj!d ^8
// [%~NM/xu<
template < typename T > shK&2Noan
T & operator ()( const T & r) const \=g!$
{ pqfT\Kb>
return (T & )r; NG)7G
} k?-S`o%Q
} ; ?>?ZAr
_85E=
这样的话assignment也必须相应改动: 3yMt1 fy
2np-Fc{S
template < typename Left, typename Right > <^sAY P|
class assignment &kx\W)
{ .tp=T
Left l; 7}07Pit
Right r;
p
JX, n
public : v=Mz I#0L
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} i
tW~d
template < typename T2 > _IKQ36=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ca}S{"
} ; C->[$HcRa
uXNp!tY
同时,holder的operator=也需要改动: 0 r3N^_}
8;.` {'r
template < typename T > P:a*t[+
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const *NjMb{[ZQ
{ k>-'AWH^v
return assignment < holder, T > ( * this , t); \S5V}!_
} Cha?7F[xL
d<?X3&J
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。 6#-Z@fz%
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 1eF@_Y^a!
LOt#1Qv
return l(rhs) = r; U]mO7 HK
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。 #VR`?n?,
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: :|fl?{E
~,+[M-
template < typename Tp > 't ;/,+:V
class constant_t 1Kc{#+a^
{ q8tug=c
const Tp t; {5.?'vMp
public : jL2MW(d^Q
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} T-!|l7V~f
template < typename T > pfNThMf
const Tp & operator ()( const T & r) const 1W7
iip,
{ 6(sfpK'
return t; ?e2Y`0
} 7t+]z)
} ; lDH_ Y]bM
/gF]s_
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 BDnBBbBrz
下面就可以修改holder的operator=了 EyPy*_A
5?)}F/x
template < typename T > -KA4Inn]5
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const +@ ^47Xu^
{ 14;Av{Xt
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); <WgG=Kf)N
} 6yi/YM
@Zh8 QI+
同时也要修改assignment的operator() Y~x`6
Wd1 IX^7C%
template < typename T2 > tUn&z?7bF
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } N6f%>3%1|.
现在代码看起来就很一致了。 R+x%r&L5F
'>4+WZ1w5
六. 问题2:链式操作 739l%u }<
现在让我们来看看如何处理链式操作。 8Q)y%7{6
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。 ?n73J wH
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。 a6OrE*x:D
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。 7dsnv)(v
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ws na5D6i
L5TNsLx (
template < typename T > '1qAZkz
struct result_1 &<#/&Pq/i
{ fCs\Q
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; IcO9V<Q|
} ; &0FpP&Z(
h^Arb=I
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: Sk!v,gx
]Oig..LJ
template < typename T > d+1L5}Jn
struct ref R^F7a0"
{ ?Of{c,2 .
typedef T & reference; W[@"H1bVH
} ; av7q>NEZ!1
template < typename T > Vl&+/-V
struct ref < T &> he_HVRpB
{ d#RF0,Y 9
typedef T & reference; k-;.0!D^
} ; o&*1U"6D
zd.1
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: DKf}47y
t=A E7
template < typename T > |~Htj4K/
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 'JJ1#kKa
{ LZ3rr-
return l(t) = r(t); #wq;^)>
} q^Q|.&_k /
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。 M^0w/
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Ma
n^\gkCi
b0rt.XB
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 =]2
b8
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: l;.[W|
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 $@lq}FQ%
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ~Q3WBOjn
最后的布局是: }6yxt9
Add q{jk.:;'
/ \ 5EVB27k
Divide 5 }39M_4a&
/ \ (e>RNn\
_1 3 P6.) P|n7=
似乎一切都解决了?不。 -fx(H+
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 )1X' W
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 z{7,.S
u
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: gs^UR6
D,
Cnb[t[hk+j
template < typename Right > @$K![]oD
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ;7B2~zL
Right & rt) const D>!v_v6
{ 'd~, o[x
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 2_B;
} ZlwcwoPib
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 vr8J*36{
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。 ,3g]=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。 q(w1VcLZ
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。 q[Sp|C6x
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。 N6-2*ES
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? Ae,2Xi
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: ?];~N5<'
ORFr7a'K
template < class Action > !>"INmz
class picker : public Action &km d<
{ +dPE!:
public : OsHkAI
picker( const Action & act) : Action(act) {} zEA{%)W
// all the operator overloaded Ply2DQr
} ; RBHqLg(
& y 2GQJE
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。 }lrfO_
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: bUZ&}(/
z[<pi:
template < typename Right > : .UX[!^
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const r5X BcG(2
{ D8<0zxc=(
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); @et3}-c
} -jklH/gF\%
^OGH5@"
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ocDVCCkxg
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。 ).O\O)K
#Fb0;H9`
template < typename T > struct picker_maker [|P]St-
{ %te'J G<
typedef picker < constant_t < T > > result; ZJ{+_ax0K
} ; >cU*D:
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > iNaC ZC
{
4 I]/
typedef picker < T > result; "O"^\f
} ; qjdahVY
o@Cn_p^X
下面总的结构就有了: ?_<UOb*
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。 @)!1#^(}%
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。 ]pucv!
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 jv?aB
至此链式操作完美实现。 k6 h^
1v8:,!C
dBi3ZCAF
七. 问题3 S+bWD7
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。 CUTEp/+
} cH"lppX
template < typename T1, typename T2 > .k?hb]2N
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const t]YLt ,
{ Ltq*Vcl\
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); |Jx2"0:M
} XxrO:$
NVM2\fs
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: @'G ( k;
(B?xq1Q
template < typename T1, typename T2 > &VBD2_T
struct result_2 `HZHVV$~
{ hdNZ":1s
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; bI6V &Dd
} ; \T#(rt\j
nms<6kfzL
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? pZ|nn
这个差事就留给了holder自己。 ,"lBS?
1:~m)"?I_^
p<^/T,&I
template < int Order > f<t*#]<