一. 什么是Lambda WxW7qt
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 bIGHGd
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, 4Yxo~ m(
^w(p8G_-w
s<*XNNE7
0F@"b{&0
class filler 7]^M>#
{ (>F%UY
public : SLO%7%>p
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 6Ca(U'
} ; C2@,BCR
,pqGX3
`%CtWJ(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: '=[?~0(B
"nZ*{uv
wyp|qIS;
Q&MZN);.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); g$(
V^
qi;f^9M%
q/4YS0CqE
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 I*LknU@
Rz(QC\(
-9"['-WH,
*j]9vktH
二. 战前分析 eL^.,H0
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。 M9EfU
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 Lk~ho?^`
OTC!wI
g
pF&(7u
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); pcau}5 .
/* --------------------------------------------- */ 9v?N+Rb
vector < int *> vp( 10 ); LAVAFlK5
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); &F\?
/* --------------------------------------------- */ Em?d*z
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); }xBc0gr
/* --------------------------------------------- */ }tsYJlh5
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); tYZ[68
/* --------------------------------------------- */ }Mo=PWI1?
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); @|<<H3I
/* --------------------------------------------- */ Is]aj-#r
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ]GN7+8l
sW)Zi
t0z!DOODZP
~(x;5{
看了之后,我们可以思考一些问题: O?U'!o=
1._1, _2是什么? XID<(HBA"!
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。 |3F02
2._1 = 1是在做什么? A6GE,FhsG
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。 cU ?0(z7
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。 M(jgd
Wm_4avXtO
x8Retuv
三. 动工 i7ISX>%
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: K3m]%m2\
5nv<^>[J
|_o=^?z'
qP{/[uj[K
template < typename T > 7nHF@Y|*"
class assignment .%.9n\b
{ ,stN
T value; +6UVn\9Q
public : :/:.Kb
assignment( const T & v) : value(v) {} 8aO~/i:(.
template < typename T2 > *:>"q ej
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } =:D aS`~V
} ; D@.tkzU@E
7h6,c /<
!O-C,uSm
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 P8^hBv*
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment oo.! .Kv
_cy2z
{z(xFrY
.uyGYj-C
class holder YGv<VOWG2
{ &07]LF$]
public : A$#p%yb
template < typename T > 6fd+Q
/
assignment < T > operator = ( const T & t) const , #U.j
{ GytXFL3`:
return assignment < T > (t); s:p[DEj-
} }| J79s2M
} ; {Z3dF)>
F;=4vS]\
"`M?R;DH
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: >tO`r.5u9
nA
P.^_K
static holder _1; L,mQ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Q2zjZC*'%
}
@K FB
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); `D`sr[3n
而不用手动写一个函数对象。 [[>wB[w
x%+aKZ(m)
?_"+^R z
j7sKsbb
四. 问题分析 U>V&-kxtV
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。 >=UF-xk;
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。 2P/K
K
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 c6nflk.l
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 A,\6nO67
下面我们可以对这几个问题进行分析。 k$H%.l;E
)Psb>'X
五. 问题1:一致性 %^I88,$&L
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?| {Zh>mHW3
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 G
16!eDMt
)K,F]fc+O
struct holder H2
$GIY
{ L:_bg8eD#
// u:m]CPz
template < typename T > ogL EtqT
T & operator ()( const T & r) const cU{e`<xjA
{ PQK(0iCo4
return (T & )r; k]5Bykf`Ky
} z;A>9vQ_J
} ; Vs%|pIV
Row)hx8
这样的话assignment也必须相应改动: S+'rG+NJ
L]d-hs
template < typename Left, typename Right > ]Ar\c["
class assignment D8>enum
{ EI_
Left l; ,z;ky5Ct
Right r; .k
3'
public : Mk=mT3=#
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} %g1,Nk
template < typename T2 > ^
<Pq,u%k
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } KN tt
} ; cx}Q2S
(FJ9-K0b{n
同时,holder的operator=也需要改动: L=q+|j1>
}0u8r`
template < typename T > 4hAl-8~Q6
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const D\[h:8k
{ ~er\~kp
return assignment < holder, T > ( * this , t); oP!;\a( SL
} -O&CI)`;B
2RN)<\ P
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
4F!Rb
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ^5A
t?I8
'ihhoW8
return l(rhs) = r; Qu}W/j|3
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。 1Wm)rXW[x
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ^s@8VAwi
c)A{p
template < typename Tp > HsnLm67'
class constant_t br0++}vwL
{ 7\f\!e <
const Tp t; Ee@4 %/v
public : zN{K5<7o
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} \0mb
3Q'
template < typename T > c>/.
;p
const Tp & operator ()( const T & r) const ~v'3"k6
{ {_Lgtu
return t; 'Hi:
2Wh
} -i4&v7"
} ; I! > \#K
{X[ HCfJd
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 #
eCjn
下面就可以修改holder的operator=了 *P 3V
:^Fh!br==
template < typename T > oyNSh8c7c
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const C_4)=#@GU
{ nK$X[KrV'
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); B*~5)}1op
} NvHJ3> "%
:.?gHF.?
同时也要修改assignment的operator() om |"S
t=u
Qb=
template < typename T2 > ?gPKcjgoH!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Q}!mx7b0]
现在代码看起来就很一致了。 ^)?d6nI
#7ov#_2Jd
六. 问题2:链式操作 M/q E2L[y
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ^{xeij/
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 .[Ap=UYI>
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 c-g)eV|)S
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 @FC"nM
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ' j6gG
9elga"4:'
template < typename T > OKi\zS
struct result_1 k6Uc3O
{ u~3%bJ]
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; vk>b#%1{
} ; l#lF
+Q;
&q`q4g&7
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ,(.MmP`
2MATpV#BT
template < typename T > 0vVV%,v
struct ref {0;3W7
{ P ~#>H{
typedef T & reference; LY[~Os W
} ; %0$qP0|`3I
template < typename T > l3Lyea:
struct ref < T &> i~3u>CT
{ 3d-%>?-ee
typedef T & reference; DhX#E&
} ; ?7M.o
q~@]W=
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: eeHP&1= 7
6<'rG''
template < typename T > M[ z)6.
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 3Wwj p
{ +3a?`Z
return l(t) = r(t); Wm H~m k"
} F q!fWl
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。 y!5$/`AF
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 TZtjbD>B
>7roe []-|
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 e5.h ?
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: <,AS8^$X[
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 _DrJVC~6@
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 d/}SAvtt
最后的布局是: etd&..]J
Add *26334B.R
/ \ rJa$9B*^
Divide 5 "+zCS|
/ \ xil[#W]7Ge
_1 3 9}c8Xt^&