一. 什么是Lambda ^QK`z@B
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ("$/sT
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, N5
ME_)
nzq
e~r/!B5X
xL}i9ozZ
class filler Ayz*2N`%
{ LUOjaX
public : <r%K i`u(p
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ( }-*irSsj
} ; ;kFD769DLw
]e>qvSuYh
!3Q0Ahf
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: 222 Y?3>@D
F%OP,>zl
,OE&e*1
*a9cBl'_
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); P/%7kD@5;
_N DQ2O
z@*E=B1L
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 f|[7LIdh-
IH|zNg{\Y
'aSsyD!?<
$)lkiA&;
二. 战前分析 $?= $F
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 TdhfX {nk
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 2Q^q$@L
ah>c)1DA*H
i3-5~@M
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); XlppA3JON|
/* --------------------------------------------- */ #s)f3HU>
vector < int *> vp( 10 ); Y}~sTuWU
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); N$fP\h^AR
/* --------------------------------------------- */ 5100fX}
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); x :SjdT
/* --------------------------------------------- */ <=(K'eqC^
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); r!r08yf
/* --------------------------------------------- */ ym;]3<I?I[
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); JrP`u4f_
/* --------------------------------------------- */ A95f!a
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); qe]D4K8`Q3
B'Yx/c&n
RdCGK?s
u>XXKlW:
看了之后,我们可以思考一些问题: ,NO[Piok
1._1, _2是什么? }7PJr/IuF
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ,!=
sGUQ)
2._1 = 1是在做什么? %bcf% 7
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ZCCCuB
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 Xo PJ?63
GT6; I7
<spG]Xa<
三. 动工 qq)5)S
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 8mX!mYO3c
|nMjv]#
5Tn<
,xwiJfG;
]
template < typename T > FSuC)Xg
class assignment ,='Ihi
{ Q Xd`P4a
T value; *q}yfa35eR
public : ^-%'ItVO
assignment( const T & v) : value(v) {} Tv%7=P;r
template < typename T2 > l;M,=ctB(
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } h;=~%2Y
} ; \Z.r Pq
7mtx^
d=1\= d/K
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 W@"Rdc-
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment RHsVG &<j
<Zva
l!1_~!{y
k$=L&id
class holder uQG|r)
{ BOpZ8p'eH1
public : ru:"c^W:[
template < typename T > 1
-Z&/3T]
assignment < T > operator = ( const T & t) const P`rfDQoZ
{ ?;#Q3Y+
return assignment < T > (t); Sr+hB>{
} UV(`.
} ; rDl/R^w"
+B{u,xgg
4EYD5
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: a3n
Wt
0 Rb3|te
static holder _1; D)MFii1J~
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 V;^-EWNj
OcB&6!1u
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 0L;,\&*u
而不用手动写一个函数对象。 @Ez>?#z
&wQ<sVQ0$
r@JMf)a]
PY|zN|
四. 问题分析 R(t%/Hvs$
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。 <\nM5-wR
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。 FM%WMyb[
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 a|TUH+|
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ZXLAX9|
下面我们可以对这几个问题进行分析。 MoxWnJy}
Q>[{9bI4QP
五. 问题1:一致性 0~<?*{~
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?| I!b"Rv=Nf-
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ke@OG! M /
iwIn3R,
struct holder |`yU \
{ 3N]ushMO
// W +Piqf*
template < typename T > zvN7aG
T & operator ()( const T & r) const O-0 5.
{ (4z_2a(Dl,
return (T & )r; #++:`Z
} zM8 jjB
} ; Zk7!CJVM
4]}d'x&
这样的话assignment也必须相应改动: p v4#`.m
J<NpA(@^
template < typename Left, typename Right > l_((3e[)
class assignment nYC.zc*o x
{ @@a#DjE%/
Left l; f:nXE&X[
Right r; Tb^1#O
public : 9k4z__K e
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 2./z6jXW_
template < typename T2 > ?&6|imPE
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } lX.1B&T9Lr
} ; vWW Q/^
uR=*q a
同时,holder的operator=也需要改动: ]=3hH+1 a
&]f8Xd
template < typename T > )#Ecm<.^
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const sw$JY}Q8x
{ :\mdVS!o
return assignment < holder, T > ( * this , t); /2r&ga&
} 8eCh5*_$
H>\lE2
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。 ,LOx!
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 -R$ Q`Xw
zzC{I@b
return l(rhs) = r; ?iaO+G&|
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。 #BEXj<m+J
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: %}
4X:mb}(
template < typename Tp > #VZ-gy4$\B
class constant_t C:!&g~{cKi
{ \*fXPJ4
const Tp t; }PMlG
public : <0/)v
J-
9
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} dphWxB
template < typename T > _Fkb$NJ"]Q
const Tp & operator ()( const T & r) const j;_E0j#
{ Rs'mk6+
return t; !(_qM
} >'3nsR
} ; \ 6Y%z
O/l/$pe
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 xM&`>`;^e
下面就可以修改holder的operator=了 `j6O
Qoz4(~I
template < typename T > ;M O,HdP;
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const
4f213h
{ 4?`*#DPl
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ;A?86o'?
} oPxh+|0?
}F_=.w0
同时也要修改assignment的operator() |pT[ZT|}G
@
&GA0;q0t
template < typename T2 > JGlp7wro
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 1mv8[^pF
现在代码看起来就很一致了。 \NL*$SnxP
wemhP8!gc
六. 问题2:链式操作 G'iE`4`2
现在让我们来看看如何处理链式操作。 .A7ON1lc^C
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。 .V{y9e+
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。 .|LY /q\A
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。 ZGS4P 0$
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct |zp}u (N
GS,}]c=
template < typename T > 9!Bz)dJ3
struct result_1 JIMi~mEiN
{ U;]h/3P
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; p v*f]Yzx
} ; i7O8f^|
hhJ>>G4R2
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: 97^)B4
B|kIiL63
D
template < typename T > sWMY
Lo
struct ref 5"7lWX
{ M^y5 Dep
typedef T & reference; e~G um
} ; Nj}-"R\u
template < typename T > >'{'v[qR[G
struct ref < T &> s,8g^aF4
{ ga|-~~
typedef T & reference; L@~0`z:>iP
} ; ?_@Mg\Hc
I*=
=I4qx
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: g$9s}\6B
ds'7zxy/
template < typename T > QzD8
jk#
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const MMyJAGh
^G
{ e`t-:~'
return l(t) = r(t); ka| 8 _C^z
} DZU} p
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。 +#7)'c
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 O`'r:W
K7]+. f
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 )C#b83
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: JrwR:_+|
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ~d&W;mef-
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 gP>`DPgb^
最后的布局是: +IbQVU~/
Add J+f*D+x1
/ \ {h}e 9
Divide 5 \t%rIr
/ \ zr1A4%S"
_1 3 :eW`El
似乎一切都解决了?不。 VK]sK e
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。 </)HcRj'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。 K|sx"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: Cc>+OUL
vFl06N2
template < typename Right > TCetd#;R
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const pJ3Yjm[l
Right & rt) const :B5M#D!dO
{ J=AF`[
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); *BAR`+;U
} _*LgpZ-2(
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Z-rHYfa4
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。 /}#@uC
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。 ~)IiF.I b
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。 pn-`QB:{h
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。 f,'9Bj.~
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? hSF4-Vvb
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: 2(K@V6j$M
pF}WMt
template < class Action > Mib<1ZM
class picker : public Action ~mK|~x01@
{ TjLW<D(i>
public : *_CzCl^
picker( const Action & act) : Action(act) {} _"688u'88
// all the operator overloaded Rr6}$]1
} ; Eu1t*>ZL
/O&{fo
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 ,7mB`0j>
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: _2E*
4g^Xe-
template < typename Right > |.Vs(0O
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const JJVdq-k+`
{ ,)%$Zxng
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 5!*@gn
} ~3,k8C"pRq
n,8bQP=&
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Gx/kel[Y}
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。 %+0V0.
Dwuao`~Xm
template < typename T > struct picker_maker }`^DO
Ar
{ X&s"}Hf
typedef picker < constant_t < T > > result; y';"tD Fb
} ; l7vxTj@(-
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > VL2+"<
{ G7uYkJO
typedef picker < T > result; %E*Q0/
} ; Zj5B}[,l\
g=L80$1
下面总的结构就有了: ()o[(Hx+ph
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。 w~wg[d
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。 \_l4li
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 L. DD
至此链式操作完美实现。 jHQnD]Hr
~Y 3X*
`Y_G*b.Rm
七. 问题3 r}i}4K[1
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。 S?<hs,
=>htX(k}
template < typename T1, typename T2 > r<c&;*
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const $L"h|>b\o
{ X;7hy0Y
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); (d>}Fp
} _bn
"c@s
Z~1uyr(
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: ToX--w4
vo>i36
template < typename T1, typename T2 > LDh,!5G-M
struct result_2 &>P<Zw-
{ 3*= _vl3
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; w0^}c8%WR
} ; $0XR<D
6_g:2=6S
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? SFR<T
这个差事就留给了holder自己。 #\Zr$?t|V
vEw8<<cgg
'Y0h w
template < int Order > DR7 JEE
class holder; ?&?5x%|.<
template <> s;cGf+
class holder < 1 > >Og| *g
{ V{UY_
e8W
public : _p^$.\k"
template < typename T > H3LuRGe&2
struct result_1 ZI.Czzx\=
{
JKV&c=I
typedef T & result; i>O8q%BnJ
} ; 8]D0)
template < typename T1, typename T2 > M+*K-zt0
struct result_2 ![9$ru
{ V1haAP[#
typedef T1 & result; ^.9DfA0
} ; ]>B4
template < typename T > S)?N6sz%
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const (hEg&@
{ G=]ox*BY
return (T & )r; b]
} l <p(zLR
template < typename T1, typename T2 > bYO['ORr@
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const k~F;G=P
{ zf>*\pZE
return (T1 & )r1; g(9kc<`3'D
} `<{LW>Lb
} ; P\WFm
!_FTy^@c2
template <> {Fqwr>e
class holder < 2 > K|Eelhm
{ zhJ0to[%?
public : ZZ L@UO>:
template < typename T > <<b]v I
struct result_1 tW
a'[2L
{ a?yU;IKJ
typedef T & result; ]&N>F8.L+
} ; qV;I<AM
template < typename T1, typename T2 > Np i)R)
struct result_2 `5e{ec
c7
{ s/B_
typedef T2 & result; iCLH
} ; P*H0Hwn;
template < typename T > :%Oz:YxC/
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const :t<