一. 什么是Lambda ,RN|d0dE
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 >;}]pI0T
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, K P6PQgc
LaT8l?q q
v>:=w|.HC
[a+4gy
class filler L5C2ng>
{ w .l|G,%=
public : ` U#Po_hq
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} WVkG2
} ; oek #^:pF
x/_dW
oVEAlBm^v
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: <4$YO-:E
X#7}c5^Y
PvuAg(?
qAORWc
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Q>[Ce3
oB}K[3uB:t
\
%_)_"Q
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 _f66>a<
d}VALjXHX!
O&= KlnI:
;YM]K R;
二. 战前分析 W/a,.M
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 QSv^l-<
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 -O /T?H
D2Vv\f
WN1Jm:5YV
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); HoV{U zm
/* --------------------------------------------- */ A{M+vsL
vector < int *> vp( 10 ); i<Q&
D\Pv
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); g@}6N.]#
/* --------------------------------------------- */ p&QmIX]BZ
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); W1;=J^<&1
/* --------------------------------------------- */ C|9[Al
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); =!YP$hf Y
/* --------------------------------------------- */ pOX$4$VR<
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); eL_^: -
/* --------------------------------------------- */ Jxf}b}^T
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); %B0w~[!4}
|FjBKj
sl% #u9r=
zF=#6
看了之后,我们可以思考一些问题: +*: }p
1._1, _2是什么? S;>4i!Mb
^
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。 C)U #T)
2._1 = 1是在做什么? A3<^ 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。 XnPJC'
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。 =>e?l8`%
'Z59<Y a&x
f>O54T .L.
三. 动工 <3)|44.o&
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: k+f1sV[4}
t[/\KG8
y~x#pC*w
|1lf(\T_
template < typename T > 87+.pM|t%
class assignment F:M/z#:~
{ fJvr+4i4k
T value; -*r [
public : HE@-uh
assignment( const T & v) : value(v) {} $]nVr(OZ_
template < typename T2 > avmcGyL
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ]&' jP
} ; ZMP?'0h=
3Hy%SN(
L,E-z_<p
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 5d> nIKW
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment @Jkui
E7k-pquvE
5Ws5X_?d
%N7gT*B:
class holder eSJAPU(D
{ -<]\l3E&J
public : Av@&hD\
template < typename T > ;tXB46
assignment < T > operator = ( const T & t) const IES41y<
{ _'H2>V_
return assignment < T > (t); >F,$;y52
} gkSGRshf
} ; LQ~LB'L
9cl{hdP{
Z@<q/2).|
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: }m9S(Wal
[t {vYo
static holder _1; 0Ddn@!J*
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 jQY>9+t
@QvfN>T
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); "ugX
/r$_
而不用手动写一个函数对象。 5JO[+>
<+ -V5O^
;Gjv9:hUn
jB*9 !xrd,
四. 问题分析 2qt=jz\s
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 >&*6Fqd
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 0Ei\VVK>
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 +I^+k "
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 c ,Qw;
下面我们可以对这几个问题进行分析。 z:dXc
}K#iCby4
五. 问题1:一致性 9m%7dsv
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| \/?
!
6~
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 sZ0g99eX
_Jf J%YXy
struct holder zfk'>_'
{ =4YbVA+(
// i)A`Vpn
template < typename T > P}ehNt*($
T & operator ()( const T & r) const R1]v}f_I"
{ _bN))9
3
return (T & )r; <1ztj#B
} gn-=##fT:i
} ; s#'|{
"r5'lQI
这样的话assignment也必须相应改动: bx+(.F
fs]#/* RR
template < typename Left, typename Right > *uk\O]
class assignment P58\+9d_
{ VZUZngw
Left l; =g{_^^n
Right r; F2Nb5WT
public : #R~">g:w
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} S/#) :,YS
template < typename T2 > MAsWds`bpB
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } dbf^A1HI
} ; /ig^7+#
!Ei Ze.K
同时,holder的operator=也需要改动: k@'?"CP\Xq
@\x,;!N@
template < typename T > GM34-GH+
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ~EM#Hc,
{ J>,'P^
return assignment < holder, T > ( * this , t); |U;w !0
} v*vub#wP
D'HL /[@`
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。 K8yWg\K
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 TMnT#ypf<5
umq$4}T'$
return l(rhs) = r; &4ug3
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。 !?tu!
M<1?
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: }w|=c>'_}
m?
\#vw$
template < typename Tp > G#_(7X&
class constant_t DzX6U[=
{ 2dp*>F0L
const Tp t; 20SF<V
public : 0lvb{Zd
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} R 47I\{
template < typename T > 2c*VHIl;
const Tp & operator ()( const T & r) const ~m,mvRS
{ C9"f6>i
return t; UgOGBj,&5W
} FvtM~[Q
} ; HQ-N!pf9
RU3_Fso
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 "GIg|3
下面就可以修改holder的operator=了 baO&n
bi4^ zaCEE
template < typename T > ijR-?nrR
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const @E&X&F%
{ m%BMd
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); jS5t?0
} f"}0j|Gg
;I0yQlx|U
同时也要修改assignment的operator() @n~ND).
RN cI]oJ
template < typename T2 > <E(-QJ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } l:k E^ =6
现在代码看起来就很一致了。 S%a}ip&
-Y!=Iw
4
六. 问题2:链式操作 dxae2 tV
现在让我们来看看如何处理链式操作。 $yR{ZFo
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。 @eG#%6">
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。 X~<>K/}u5
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。 6w .iEb
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct
t`&s
.n^O)|Z
template < typename T > Ay[9k=q]
struct result_1 HeAc(_=C
{ `siy!R
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; "~i#9L/H
} ; &`\kb2uep
l#J>It\
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: n=#[Mi $Y
+(=[M]5#n
template < typename T > S4uR\|
struct ref m8j#{[NE
{ :` !mCW`Q-
typedef T & reference; 9Rt(G_'
} ; G1n>@Y'j''
template < typename T > g'l7Jr3
struct ref < T &> })yb
{ .bY1N5=sz
typedef T & reference; [))2u:tbS\
} ; u0$5Fd&X
Hf E;$
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ;Vtpq3
`(w kqa
template < typename T > %CfTqbB
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Vv*5{_
{ 07HX5 Hd
return l(t) = r(t); a}+_Yo(Q
} zfT'!kb,(
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。 qkyX*_}
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 L52z
EzY
scX.[
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 fh5^Gd~
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: v*T@<]f3j
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ;tIIEc
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 D-;43>yi<
最后的布局是: ='l6&3X
Add :Q%yW%St$
/ \ EWvid4QEi
Divide 5 9DocId.
/ \ 7C6BZ$(
_1 3 %%-Tjw o
似乎一切都解决了?不。 Ni;{\"Gt
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 nqw*oLFQ
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 Zq6ebj
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: i~M.F=I5
{UjIxV(J
template < typename Right > jind!@}!
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ,hcBiL/
Right & rt) const {Ac3/UM/
{ h: (l+jr
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); q?b)zeJ
} QH56tQq
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ;kcFQed\w
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 xdSj+507
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 9R<J$e
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。 ,HjHt\!~<
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。 /)HEx&SQmZ
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? N6 Cc%,
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: m:o$|7r
aG&kl O>m
template < class Action > cVt$#A)
class picker : public Action -Z#]_C{Y-)
{ SZ1pf#w!
public : sRI=TE]s
picker( const Action & act) : Action(act) {} FV<^q|K/(]
// all the operator overloaded l[OQo|_
} ; )I1V2k$n
.m
% x-i
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 v,O&UrZ
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 4iB)oR
% w/1Uo24
template < typename Right > @;-Un/'C;7
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const b+fy&rk@-
{ r_2VExk
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); bu!<0AP"N+
} [ZpG+VAJ8
a~+WL
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > zK]%qv]
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。
7qdl,z
"gVH;<&]
template < typename T > struct picker_maker QrRCsy70
{ (inwKRH
typedef picker < constant_t < T > > result; b8xfV{3 L
} ; nT6iS}h
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > dXy"yQ>{
{ &ppZRdq]
typedef picker < T > result; Pn){xfqDl
} ; 0Nzv@g{3
o ML
K!]a
下面总的结构就有了: D}C*8s bC}
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 Le+8s LE`Y
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 +]2~@=<@
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 GAe_Z(T
至此链式操作完美实现。 4zvU"np
F;l<>|vG
9n2%7dLQ*
七. 问题3 k{$"-3ed
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。 Z)>a6s$ih<
q+=@kXs>+
template < typename T1, typename T2 > #SOj4W
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const bSKV|z/x
{ M;@03 x W
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); yH0ZSv
} *fyEw\`a
P=hf/jOv9
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: gf8U &;
nWg)zj:
template < typename T1, typename T2 > k.VOS0
struct result_2 9!<3qx/
{ 3).c[F^l
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; IOsDVIXL\
} ; m,"tdVo .
G@6,O-Sj
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? Wam?(!{mOf
这个差事就留给了holder自己。 <cd%n-
c35vjYQx0
o%s}jBo}
template < int Order > >Qu^{o
class holder; @g` ,'r
template <> `'t;BXedz/
class holder < 1 > bao5^t}
{ JHOBg{Wg
public : 2:0Y'\nn
template < typename T > v[=E f
struct result_1 ]qTr4`.
{ Q ?<9
typedef T & result; !q1^X% a
} ; 9O_N
iu0
template < typename T1, typename T2 > QE6-(/
struct result_2 --hnv/AjI
{ Fi}rv[`XY[
typedef T1 & result; yM ~D.D3H
} ; !!pi\J?sk
template < typename T > Jm^jz
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const nf^k3QS\
{ t|,Ex 7
return (T & )r; 0X6o
} qOanu
template < typename T1, typename T2 > pNsLoNZ3w
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const (M?Q9\X
{ _
q1|\E%`h
return (T1 & )r1; \d`Sz
*
} =1?yS3
} ; u 9TlXn
#.xTAvD
template <> Q";eyYdOL
class holder < 2 > b,sc
{ xL"o)]a=
public : nlnJJM&J$
template < typename T > M- A}(r +J
struct result_1 55en
D
{ =&xoyF
typedef T & result; <08 V-
} ; Kt0Tuj@CY
template < typename T1, typename T2 > S,>n'r[
struct result_2 ''YjeX
{ LxDhthZi_
typedef T2 & result; _YUF /B'
} ; +5\\wGo<
template < typename T > cW%O-
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const .k(_j.v
{ }e @-[RJ!
return (T & )r; `v
er "s;
} 9D21e(7X
template < typename T1, typename T2 > qa?y lR"kA
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const gWPa8q<b
{ 2J;CiEB
return (T2 & )r2; +.uk#K0o
} ' 1nU[,Wj
} ; |Q;1;QXd
T`;M!-)2
s]>%_(5
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 TD9`SSpP
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: xUoY|$fI
首先 assignment::operator(int, int)被调用: Sa~C#[V
Wg&