一. 什么是Lambda L&6^(Bn
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 i*$+>3Q-
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, DN%}OcpZ
lw3H
8[
HzM\<YD
xd{.\!q.
class filler i ;B^I8
{ 5WI
bnV@
public : d>[i*u,]/
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} b36{vcs~
} ; "rMfe>;FJ
p&I>xu8fl
A.b^?k%I
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: k<*v6
sNs;
JWHsTnB
#`y[75<n
dOv\]
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); DOyO`TJi
18X?CoM~
h1S)B|~8
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 (?Ko:0+*
.6MG#N
hTa X@=Ra
YT-ua{.^
二. 战前分析 i6yA>#^
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{>w5T
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 0_qr7Ui8(
@vq)Y2)r\
T;DKDga
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); XW aa`q
/* --------------------------------------------- */ 3>n&u,Xe
vector < int *> vp( 10 ); xY?p(>(
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 4-
QlIIf
/* --------------------------------------------- */ }`CF(Do
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); )ThNy:4
/* --------------------------------------------- */ C9+rrc@4
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); <Y6Vfee,&
/* --------------------------------------------- */ by1q"\-,
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); NK|U:p2H
/* --------------------------------------------- */ z#G\D5yX[*
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); }V]*FCpQ
;40Z/#FI
f\5w@nX
2<*"@Vj
看了之后,我们可以思考一些问题: od#Lad@p
1._1, _2是什么? i'<hT
q4
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。 qJF'KHyU{l
2._1 = 1是在做什么? wdj?T`4
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。 X.{xHD&_
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。 2XL^A[?
z:S:[X0
6<@mBZ
三. 动工 +76'(@(1Y
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: {
1~]}K2
1D[V{)#
K
'I6iCrD
DI)"FOM6
template < typename T > 64b AWHv
class assignment l\0PwD
{ [;hkT
T value; rXmrT%7k
public : V=fu[#<@Ig
assignment( const T & v) : value(v) {} %@%rdrZ
template < typename T2 > @|;[
;:h@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } +o3n%( ^~
} ; {8mJ<b>VA
;Qy Ew5
;Mq'+4$
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Fep@VkN
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment i|<wnJu
7kD?xHpe
>/Z*\6|Zx#
I!Dx)>E&
class holder uxdB}H,
{ E`LaO
public : 8oUR/___
template < typename T > -J!n 7
assignment < T > operator = ( const T & t) const S7J.(;
82
{ D(Z#um8n
return assignment < T > (t); :*g$@T
} 5M> p%/
} ; V}vL[=QFZ(
rhzI*nwOT
2.JrLBhN
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: %o/@0.w
xK0;saG#
static holder _1; [Cd#<Te3
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 RPMz&/k
8yYag[m8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); qPi $kecx
而不用手动写一个函数对象。 p]X+#I<
D*46,>Tv
)6XnxBSH
m.6uLaD"!}
四. 问题分析 Ib2&L
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 m; =S]3P*
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 c>c3qjWY/
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 i:N-Q)<Q*)
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 !p ~.Y+
下面我们可以对这几个问题进行分析。 M`#g>~bI#R
kLs{B
五. 问题1:一致性 Y&M {7
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| x$Wtkb0<
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 StR)O))I
T__@hfT
struct holder ~Gc@#Msj
{ Y:CqQ
// ej7N5~!,s
template < typename T > 6}@T^?
T & operator ()( const T & r) const AvIheR
{ .FYRi_Zd
return (T & )r; r.@UH-2c
} q~18JB4WPJ
} ; s,C>l_4-
>yenuqIKQv
这样的话assignment也必须相应改动: #mioT",bm=
H9_>a->
)~
template < typename Left, typename Right > LkafB2y
class assignment Eb5>c/(
{ UC`sq-n
Left l; ,:
z]15fX
Right r; VAheus
public : _;BNWH
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} <b4}
B
template < typename T2 > _;x` 6LM
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } aFnyhu&W'
} ; ~6u|@pnI
cWQ &zc
同时,holder的operator=也需要改动: x5#Kk.
$D^27q:H
template < typename T > 1*#hIuoj'
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const g
C8deC8
{ PHez5 }T
return assignment < holder, T > ( * this , t); yWN'va1+$
} 5^qs>k[mN
*c.w:DkfB
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。 /a$Zzs&xs
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 1)xj 'n
/ml+b8@
return l(rhs) = r; :1UOT'_
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 K^/.v<w
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: fP;I{AiN~
0ly6 |:
template < typename Tp > gpbdK?
class constant_t I_Gm2Dd
{ q|lP?-j
const Tp t; dn%'bt
public : RXWdqaENx
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} KI\
9)
template < typename T > /K,@{__JP
const Tp & operator ()( const T & r) const |e+r~).4B
{ T/%k1Hsa4H
return t; kDiR2K&
} sBxCi~
} ; )DW".c
*xeJ4h
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 {j[*:l0Ui
下面就可以修改holder的operator=了 1 j|XC
4&L,QSJ V
template < typename T > *rm[\
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const |jWA >S
{ &`"uKO]
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); =(<7o_gJ
} tQMz1$
A,#z_2~
同时也要修改assignment的operator() vMXn#eR
2{ hG",JL
template < typename T2 > d)%l-jj9,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } >^f]Lgp
现在代码看起来就很一致了。 wC<FF2T
85H*Xm?d#
六. 问题2:链式操作 zs-,Y@ZL
现在让我们来看看如何处理链式操作。 cnDBT3$~Z
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。 'F1<m^
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。 Hc0V4NHCaL
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。 x;7p75Wm
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct <Lle1=qQ
@a]`C
$6
template < typename T > "+&@iL
struct result_1 Nc(A5*
{ CS xB)-
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; MA mjoH
} ; V2 }.X+u&<
_2})URU<S
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: H[/^&1P
2ZxZ2?.uJ
template < typename T > DY87NS*HF
struct ref Ban"H~
{ NA$ODK-
typedef T & reference; ?zXlLud8
} ; .6i +_B|
template < typename T > NCx)zJ\S
struct ref < T &> ^X*l&R_=R
{ p!(]`N
typedef T & reference; cPl$N5/5
} ; cc3+Wx_
(jh0cy}|]
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: B/EGaYH
{RH)&k&%
template < typename T > Fz$^CMw5K
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const W$R@Klz
{ !`dn# j
return l(t) = r(t); rIj B{X{Z
}
({t6Cbw
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。 ( 2KopL
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 I \6^]pi,
{'zs4)vw
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 pmDFmES
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: oPA m*
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 s.!gsCQme
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 VC NQ}h[D
最后的布局是: 3_Re>i
Add 'p,54<e
/ \ =NL(L
Divide 5 3{-
8n/4
k
/ \ rdm&YM`J
_1 3
["Jt2
似乎一切都解决了?不。 A@ G%*\UZ
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。 ^<e(3S:
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。 OxVe}Fym
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: dMH}%f5;1
]*AQT7PH
template < typename Right > !2g*=oY
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Y{dj~}mM+
Right & rt) const )!D,;,aQ
{ #Bas+8
@,
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); LZ~}*}jy
} @yn1#E,
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ;U<rFs40
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。 Qnv)\M1
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。 nA#dXckoc
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。 :\G`}_db'
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。 xR5zm%\
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? G+Zm
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: k!wEPi]
~@VyJT%
template < class Action > 140_WV?7
class picker : public Action y gTc
Y
{ ]AB4w+6!
public : @avG*Mr^
picker( const Action & act) : Action(act) {} mp>Ne6\Tu
// all the operator overloaded ,A!0:+
} ; p+1kU1F0
Sa$-Yf
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。 H}}C>p"!,
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: 7a<:\F}E0
w:[\G%yQ
template < typename Right > FO
xZkU\e=
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const l>jNBxB|/A
{ 4Y}{?]>pu
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Z[zRZ2'i5
} >iI-Cs7TD
$2pkh%
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > (K|7T{B
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。 _B^Q;54c
r1[Jo|4vo
template < typename T > struct picker_maker kTs.ps8ei
{ %8g1h)F"S
typedef picker < constant_t < T > > result; 7F wot&