一. 什么是Lambda ('H[[YODh
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 tI2V)i!
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, fq-zgqF<
K-%x]Fp=
Ns ?8N":
(;RmfE'PX
class filler \-XQo
{ )%8 ;C]G;
public : c{YBCWA
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} aRPpDSR?l
} ; 2Zf}t
G}!dm0s$
8y9oj9
;E]
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: 4x.1J
PQ6.1}
W4
v/,g>
p.(8e kh
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); )tB:g.2k
V`F]L^m=L
C%hMh/Li;
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 :A+nmz!z
HYd&.*41rE
6Fp}U
1C,=1bY
二. 战前分析 05]y*I
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。 j<H5i}
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 T(Q(7
X
rBe41
M4MO)MYJ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 8ZmU(m
/* --------------------------------------------- */ Lye^G%{
vector < int *> vp( 10 ); JHF<vyt5<
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); \UBTNY,
/* --------------------------------------------- */ L'=mDb
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 1}O&q6\"J
/* --------------------------------------------- */ *fz]Q>2g a
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); o>(I_3J[p
/* --------------------------------------------- */ "eqN d"~
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); *>m,7} L
/* --------------------------------------------- */ ]yc&ffe%
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); :Q~Rb<']{x
bFV+|0
PVK. %y9
wH?r522`c
看了之后,我们可以思考一些问题: 8GGC)2
1._1, _2是什么? 0A]+9@W;
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。 h'Gs$o7#P
2._1 = 1是在做什么? >!o||Yn
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 CN7
2 E
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 N*Is_V\R
hFLD2<
7iI6._"!w
三. 动工 jv8diQ.
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: A6ar@$MZ
<=1nr@L
>bgx o<
#Uc0W
template < typename T > BWtGeaW/sr
class assignment qFqK.u
{ A*&`cUoA
T value; u\)2/~<]
public : ,CGq_>Z
assignment( const T & v) : value(v) {} 9 E@}@ZV(
template < typename T2 > /w5~ O:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } EbG`q!C
} ; G@Jl4iHug"
[I
XX#^F
K<BS%~,I
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 vdhwFp~Y
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment WF'Di4
z}772hMB
&]d-R
Wciw6.@
class holder 2 q4dCbJ!
{ erhxZ|."P
public : P~6QRm
template < typename T > (x+C=1,
assignment < T > operator = ( const T & t) const h;s~I/e(
{ Mk:k0,z
return assignment < T > (t); ^@"H(1Hxu/
} MQ~OG9.
} ; } `X.^}oe
~8rVf+bg3
VG)Y$S8.>
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 8w 2$H
3#d?
static holder _1; <KBzZ
!n5
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 aDDs"DXx
In3},x+$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ;*~y4'{z
而不用手动写一个函数对象。 KG2ij~v
GnCO{"n
])v,zp"u
Y6&B%t<bo
四. 问题分析 zi7>!#(
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。 a>_Cxsb&`
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。 =|Q7k +b
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 F:3*i^ L
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 834E
]2
下面我们可以对这几个问题进行分析。 @)R6!"p
Uk2U:
五. 问题1:一致性 *5Mg^}ZC5
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?| QqF&lMH
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 1vy*u
TgDx3U[
struct holder /:<.Cn>-
{ QH)uh"
// ~qjnV
template < typename T >
5O7x4bY
T & operator ()( const T & r) const PkqOBU*|=
{ g^`;B"
return (T & )r; iC$mb~G
} r+#! ]wNPe
} ; Pc{0Js5VzE
Q?1'
JF!G
这样的话assignment也必须相应改动: S4'\=w#
8J5{}4s\f
template < typename Left, typename Right > @2Spfj_e
class assignment +WxZB
{ =P,h5J
Left l; ^")SU(`
Right r; bOY<C%;C
public : P
S$6`6G
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} p!XB\%sv'"
template < typename T2 > dxz.%a@PW
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } xlhc`wdm
} ; v ?9
e>FK5rz
同时,holder的operator=也需要改动: UNc[h&@_
H&yK{0H
template < typename T > t9Sog~:'
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ]jkaOj
{ ,j'>}'wG)
return assignment < holder, T > ( * this , t); <<ze84E
} Zn-F !Lsv
s}O9[_v
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ya*KA.EGg
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 '`+GC9VG
McXid~
return l(rhs) = r; IM^K]$q$47
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 A3;}C+K
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: !_ng_,J
Y NRorE
template < typename Tp > <8'-azpJ6<
class constant_t t+2!"Jr
{ Vk#wJ-
const Tp t; F$!K/Mm[
public : 2G(RQ\Ro*
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 3BSJ|o<"=
template < typename T > QoU0>p+2
const Tp & operator ()( const T & r) const NI1jJfH|l
{ +
Q $Jq
return t; |3h-F5V)
} YhZmyYamE
} ; \["'%8[:gR
@N?u{|R:d
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 1Re5)Y:i
下面就可以修改holder的operator=了 [VsTyqV a
~S$\ PG4
template < typename T > LH"CIL2
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ~zcHpxO^W
{ d/m.VnW
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); IwR/4LYI
} #y?iUv
=Eh~ wm
同时也要修改assignment的operator() sNF[-,a
Kc%GxD`
template < typename T2 > z-Ndv;:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ]<zjD%Ez
现在代码看起来就很一致了。 [Ju5O[o
k3w(KH@
六. 问题2:链式操作 5 wT
e?
现在让我们来看看如何处理链式操作。 pc=f,
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。 yLDv/r
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。 @u.%z# h"1
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。 7a0kat'\
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Lwzk<+>w^
+im>|
template < typename T > ZbZCW:8>k
struct result_1 g~A~|di|
{ ^O9_dP:
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Kb/w+J
S
} ; Pr!H>dH8o
j~'a %P
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: qkg`4'rLg
1
po.Cmx
template < typename T > bH7 lUS~
struct ref o~(/Twxam
{ \MY`R
typedef T & reference; XEB1%. p
} ; ';\v:dP
template < typename T > &t1Uk[
struct ref < T &> S
6|#9C&
{ :d!qZFln
typedef T & reference; Vzs_g]V
} ; j&c YRKpz
B F,8[|%#
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下:
RAh4#8]
whoQA}X>
template < typename T > ?KKu1~a_
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const dpTeF`N
{ d
hp-XIA;
return l(t) = r(t); FthrI
} h3<L,Olp
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。 -!C9x?gNY
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 n'42CE
XuY#EJbZ
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 Ei
Yj `P
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: T-
|36Os4
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 n;F/}:c_a
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ;Sq n
w
最后的布局是: $$tFP"pZ
Add 'Y%@fZf x
/ \ 2#1G)XI
Divide 5 ^_Ap?zn
/ \ w`Ss MI
_1 3 s9p~
似乎一切都解决了?不。 BKfkB[*F
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|AHE
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。 p /x]
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: WkF60'Hf
'T7=.Hq<4
template < typename Right > lQ]8PR
t8
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const K!\$M BI
Right & rt) const wt(Hk6/B
{ hYI0S7{G
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 1e'Ez4*
} jk\04k
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 :Nt_LsH
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。 \mIm}+!H
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。 L6ifT`;T
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。 ~:ldGfb|
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。 *>#mI/#}
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? 'Wv`^{y <^
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: naHQeX;
gl$ Ks+od
template < class Action > _>LI[yf{
class picker : public Action W~QH"Sq
{ ]w+n39da
public : G)S(a4
picker( const Action & act) : Action(act) {} 6zf3A:]&{
// all the operator overloaded cj5;XK
} ; 6HK
dBW$/
=rB=! ;
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。 R'Uw17I
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: JR_s-&