一. 什么是Lambda /B)`pF.n
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 d9q`IZqee
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, -S7i':
O'h f8w
dF$&fo%
/p$+oA+
class filler TGHyBPJb
{ Af Y]i
public : U3~rtc*
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} y
'Ah*h
} ; !3`X Gg
jx14/E+^
qW`DCZu
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: $
D.*r*c6
E?S
^j7>Ul,
aRy" _dZ2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); |J$Bj?
Egmp8:nZl@
^J'O8G$
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ){*9$486
epgAfx-_OH
T'!p{Fbg;
HutQx
二. 战前分析 Nr?CZFN#
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 +<bvh<]Od
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 ^Q9K]Vo
KzQuLD(e
@]etW>F_
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); kQD~v+u{`
/* --------------------------------------------- */ eh}|Wd7J
vector < int *> vp( 10 ); B*:W`}G]_c
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ?-JW2 E"uT
/* --------------------------------------------- */ m=rMx]k
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); q\xsXM
/* --------------------------------------------- */ v^aI+p6
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 9XmbHS[0V
/* --------------------------------------------- */ Rk#p zD
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); QL:Qzr[
/* --------------------------------------------- */ sKC(xO@L;`
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ,*8)aZ1k
~d-Q3n?zR
+ cZC$lo
%k @4}M>
看了之后,我们可以思考一些问题: $}B&u )
1._1, _2是什么? !uP8powO
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。 pZKK7
2._1 = 1是在做什么? Oj
'^Ww m
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。 $B`ETI9g-N
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 j\iNag(
ySHpN>U
^O<@I
三. 动工 Y>x3`f]
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Hi^Z`97c
rJ(A O'=
Vi#[kn'
C!Jy;Z=+u
template < typename T > \+"Jg/)ij
class assignment [9yd29pQ]
{ ]e$n ;tuW
T value; .E;}.X
public : Ld
0j!II(
assignment( const T & v) : value(v) {} |XmzqX%
template < typename T2 > -Gjz+cRns
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } qv[w
1;U"
} ; GJ:oUi
[8>#b_>
m[v%Qe|~
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 r`i.h ^2De
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment OZ/"W)
H(kxRPH4@]
G 2uM 6
Z/q'^PB
p
class holder 2 ,krVb?<
{ ?*6Q;.f<
public : BwAmNW&i
template < typename T > {vk%&{D0)
assignment < T > operator = ( const T & t) const nfh<3v|kvR
{ !QCErE;r
return assignment < T > (t); h6?o)Q>N
} oJ|m/i)
} ; G=l:v
l!": s:/'
bl{W{?QI
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: }!"Cvu
( dh9aR_a
static holder _1; /Mj|Px%
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 2fXwJG'
8!
/ue.T
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); {\X$vaF
而不用手动写一个函数对象。 TN<"X :x9
^!$=(jh.
n`!6EaD
yv: Op\;R
四. 问题分析 &3SmTg
%
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。 H9Vn(A8&`
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。 ,+X:#$
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 >1HXC2 Y
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ErFt5%FN.O
下面我们可以对这几个问题进行分析。 {kvxz
} ?MbU6"
五. 问题1:一致性 kx;7/fH
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?| Q_dMuoI
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 &UO/p/a
93=?^
struct holder V9cj
{ _|{Z850AS
// 5g.Kyj|
template < typename T > 9P*f
T & operator ()( const T & r) const wUL 5"\
{ Yp\Y]pym
return (T & )r; ?1r<`o3l\
} eI%kxqc
} ; M"-.D;sa1
f1XM_
这样的话assignment也必须相应改动: )u0/s'
3J8M0W
template < typename Left, typename Right > /. H(&
class assignment Ucz=\dO1
{ }PM7CZSq
Left l; 40z1Qkmaey
Right r; yCkX+{ki
public : Bn.5ivF3
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} \jZ)r>US"
template < typename T2 > 24wr=5p]Q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } K[x=knFO
} ; KOoV'YSC[(
8idI Jm%y
同时,holder的operator=也需要改动: tKds|0,j|
CWJN{
template < typename T > X&Sah}0V&
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 4vNH"72P
{ |:,`dQfw
return assignment < holder, T > ( * this , t); /lhk}
y^
} N#@v`S
'8FHn~F
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。 ?$y/b}8
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 r]]:/pw?t
_xBhMu2f
return l(rhs) = r; Aj(y]p8
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 LBmXy8'T`
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: B>sQcZ:
^ >
?C
template < typename Tp > ^/#8 "
class constant_t oFT1d
{ DyA1zwp}
const Tp t; p*Yx1er1
public : 4n1 g@A=y
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} <9T,J"y
template < typename T > ?b93! Q1
const Tp & operator ()( const T & r) const nB]mj_)R^
{ 1&vR7z]*
return t; Wtp=1
} #%L_wJB-
} ; qEVpkvEq
P+C5
s
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ?.n1t@sG&
下面就可以修改holder的operator=了 \j &&o
` k(Q:
template < typename T > nc1?c1s,f
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const T0.sL9
{ e E(+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 0QxBC7`qp
} t:xTmK&vt
8 qZbsZi4
同时也要修改assignment的operator() =k;X}/
4vND ~9d
template < typename T2 > ^(@]5$^Z
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } MBnxF^c&P
现在代码看起来就很一致了。 c#>:U,j
hZ.](rD
六. 问题2:链式操作
kKY,&Fn-
现在让我们来看看如何处理链式操作。 LabI5+g
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。 F8M};&=*1r
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。 EMdU4YnE"
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。 qT&zg@m
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct . ~a~(|
h
cu\c+ A
template < typename T > <q Q@OUI
struct result_1 9e}%2,
{ Qz_4Ms<o
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; [57`V&c5
} ; x<@i3Y{[
8@|{n`n]
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: \< a^5'
T)Q_dF.N
template < typename T > 6Q{OM:L/;.
struct ref mS49l
{ !DV0u)k(
typedef T & reference; $BG]is,&5
} ; f zL5C2d
template < typename T > z46Sh&+
struct ref < T &> } :gi<#-:G
{ [HQ/MkP-Z
typedef T & reference; }_H\75Iv
} ; U-U(_W5&
kf#S"[/E
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: : #so"O
`-K[$V
template < typename T > NL2D,
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Q]/{6:C
{ W7{^/s5r
return l(t) = r(t); B|{E[]iK
} VW;E14
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。 (E~6fb"c
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ZS`Kj(D
8o.|P8%
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 =.JcIT'
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: dP>FXgY
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 4r86@^c*
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 _'^_9u G
最后的布局是: jE8}Ho_#)
Add Vs
Z7n~e
/ \ ]86*k%A
Divide 5 H\a\xCP3
/ \ :)kHXOb.
_1 3 '+'h^
似乎一切都解决了?不。 @hrIu" '!
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。 ikb77?.
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。 \((5Sd
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: @=Dc(5`[
?ef7%0
template < typename Right > Dd-a*6|x
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Uv~|Xj4.
Right & rt) const }([}A`@
{ BWB}bq
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); %c%`<y<~L
} ZCMH?>
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 s?4nR:ZC}
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。 r`RLDN!`
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。 e-1G\}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。 WLta{A?
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。 \MPbG$ ^
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? m'k>U4
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: tCPK_Wws?Z
oMOh4NH,x
template < class Action > fr$6&HDZ9
class picker : public Action :JZV=@<T
{ #7}YSfm^6
public : xr7M#n
picker( const Action & act) : Action(act) {} a`?Vc}&
// all the operator overloaded
5PC:4
} ; ]\k&
l
['
7#7|+%W0
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 rp2g./2
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: !\O!Du
FJxb!-0&
template < typename Right > mAJ'>^`^
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Kb1@ +
{ r:4]:NKCi
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); YD{N)v
} ?{5}3abB`
X|QokAR{$>
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > .])X.7@x
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。 :VLYF$|
4^d).{&X
template < typename T > struct picker_maker c++q5bg@)
{ JZE@W-2
typedef picker < constant_t < T > > result; -(ST
} ; #hMkajG
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > GaL UZviJ_
{ 9\=SG"e(
typedef picker < T > result; cqW(9A|8
} ; UnEgsfN
!41"`D!1
下面总的结构就有了: p{``a=
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。 GCv1x->
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。 $H]NC-\+>
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 aygK$.wos
至此链式操作完美实现。 W"CG&.
f&RjvVP?s
>J_P[v
七. 问题3 j'hWhLax
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。 i&DUlmt)f
>m{>0k(^`
template < typename T1, typename T2 > ugTnz$
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const jpTk@
{ z^WY5~?
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); >&F:/
} jpoNTl'
rls{~ZRl
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: u]ps-R_$G
N%1nii
template < typename T1, typename T2 > UdA,.C0
struct result_2 v$g\]QS
p
{ bka%W@Y%
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Fdq5:v?k
} ; /q'-.-bo
(NJ.\m
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? -dfs8 [i
这个差事就留给了holder自己。 GMoz$c6n_
#CB Kt,
|oe
template < int Order > <E^;RG
class holder; [
q[2\F?CE
template <> ,Tk53 "
class holder < 1 > tYSfeU
{ GZY:EHuz[
public : s~o\j/
template < typename T > 9|OOT[
struct result_1 BlcsDB =ka
{ YIb7y1\UM
typedef T & result; 'm-5
} ; Z5EII[=$o
template < typename T1, typename T2 > ^gR~~t;@
struct result_2 }qZ^S9
{ NVB#=!S
typedef T1 & result; h]&~yuI>
} ; t -fmA?\
template < typename T > Sl%6F!
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const kXlI*h
{ W ,v0~
return (T & )r; iWW
>]3Q
} 4%JJ}{Ff
template < typename T1, typename T2 > UQ@szE
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const &0J8ICd=
{ 3v `@**
return (T1 & )r1; \YF07L]qs-
} ,^eOwWV
} ; Hc8!cATQk
J6rWe
template <> %,aSD#l`f
class holder < 2 > x {Dw?6TP
{ 'SrDc'?
public : 4nh0bI N1
template < typename T >
&Mt0Qa[
struct result_1 dNov= w
{ [6/8O
typedef T & result; NZFUC D)
} ; :()K2<E
template < typename T1, typename T2 > OIjG`~Rx
struct result_2 DNyt_5j&:
{ _?$w8 S%
typedef T2 & result; 0(&RmR
} ; v!3Oq.ot
template < typename T > @uG/2'B(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const c%+uji6
{ R9QW%!:,\2
return (T & )r; d5R2J:dI
} h%v qt~0
template < typename T1, typename T2 > mC?}:WM@
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 1|:;~9n<t
{ uX&h~qE/
return (T2 & )r2; lZ <D,&
} pigu]mj
} ; SxcE@WM
wub7w#
Be<bBKQb
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 &SPr#OkW
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: ilZ5a&X;
首先 assignment::operator(int, int)被调用: !0):g/2h
&+H\ST(/
return l(i, j) = r(i, j); I'N!j>5oX
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) BuxU+
'AmA3x)9u
return ( int & )i; t? =V<Yd1
return ( int & )j; 4\uq$.f-
最后执行i = j; ~SsfkM"
可见,参数被正确的选择了。 |t;Ktl
T|
R!Aw.
nB5^
g9d/nRX&
q~*|Wd'&
八. 中期总结 !FB2\hiM
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: w6^TwjjZ$
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 (Fq]y5
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 oU*e=uehj
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor s:z
_)4zm
BIg2`95F|
x@pzgqi3
uv{*f)j/d
wWq-zGH|&