一. 什么是Lambda HTw7l]]
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 *-lw2M9V
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, (I0QwB
8TV
"9{
n
?o883!&v
t/Y)% N
class filler xa]e9u%
{ ['#3GJz-
public : )DwHLaLW
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} @yxF/eeEy+
} ; 8D5v'[j-
R8n/QCeY{
0fP-[7P
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: 60Szn]z'8[
`zjbyY
-JwwD6D
2|:xb9#
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); riz[AAB
d%w#a3(
Lcow2 SbH
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 A{,ZfX;SPO
~3r}6,%
au~}s |#
~uRL+<.c
二. 战前分析 9f7T.}HM
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。 \$[;
d:9j
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 o5`LLVif5y
= k7}[!T
TL*8h7.(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ;rjd?r
/* --------------------------------------------- */ ]^c]* O[8
vector < int *> vp( 10 ); 'pQ\BH
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Bkh1VAT
/* --------------------------------------------- */ Yfjp:hg/!
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); rQM$lJ[x
/* --------------------------------------------- */ o{I]c#W
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); HI%#S&d
/* --------------------------------------------- */ VyWPg7}e
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); dSq3V#Q
/* --------------------------------------------- */ lVR
a{._m
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Kh,zp{
1?hx/02
%9Y3jB",2
Yj/[I\I"m
看了之后,我们可以思考一些问题: d@IV@'Q7u
1._1, _2是什么? ae-hQF&
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。 hQPNxpe
2._1 = 1是在做什么? <WCTJ!Z
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。 7'1 +i
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。 MF]EX
^mZ eAW
nr>Os@\BU
三. 动工 @?YO_</
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: u>-pgu
2B`#c}PP
6&KvT2?tA`
:$5$H
template < typename T > 1$1[6
\3v
class assignment 22_%u=p-|
{ Q( g&/O
T value; m\xlSNW'q
public : s6+`cC4
assignment( const T & v) : value(v) {} ?@LqrKj11
template < typename T2 > \2huDNW&
!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } X^c2
} ; #Rx|oSc}
iwS55o
|z%:{
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 }V I}O{
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 7ElU5I<S
2ms@CQy(00
zc#$hIi
>J,y1jzJ
class holder \I[50eh|
{ GO<,zOqvU
public : "B"Yfg[
template < typename T > ( {}Z
'
assignment < T > operator = ( const T & t) const *%;+3SV
{ RwyRPc_
return assignment < T > (t); `Eq~W@';Q0
} MeMSF8zSQ
} ; NPY\ >pf
w0(1o_F7.
;eQOBGX9
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: wM
aqR"%
Htn''adg5
static holder _1; i?0+f}5<p
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 k/]4L!/ T
m&!4*D
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); h
qT6]*
而不用手动写一个函数对象。 ).D+/D/"2
>uR0Xs;V
=QQTHL{3
%S9YjMR@
四. 问题分析 &U7INUL
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。 PbpnjvVrM
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。 A$Tp0v`t
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 H68~5lJY^]
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 S#{gCc
下面我们可以对这几个问题进行分析。 (eEs0
T\3aT
五. 问题1:一致性 5N.-m;s
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| O4lHR6M2
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 {.mPe|
i0/RvrLc
struct holder Pua|Z
x
{ f:hsE
// wR]jJbF
template < typename T > ?CU6RC n
T & operator ()( const T & r) const ?=#vp /
{ o +KDK{MD
return (T & )r; pB0p?D)n
} #|R#/Yc@Bv
} ; kACgP!~/1
sjIUW$
这样的话assignment也必须相应改动: YggeKN
&'KJh+jJ
template < typename Left, typename Right > r=74'g
class assignment (u:^4,Z
{ g*]/HS>e<G
Left l; 6)j4-
Right r; {@YY8SKb9
public : 'h.:-1# L
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} m(DJ6CSa
template < typename T2 > B3C%**~:e
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } YkuFt>U9,
} ; 7G]v(ay
vnr{Ekg
同时,holder的operator=也需要改动: ewrs
D'?
x,81#=m^h
template < typename T > ::`#qa4!
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const $L kTu
{ K*id
1YY
return assignment < holder, T > ( * this , t); |^k&6QO5
} (2uF<$7(
}"x#uG
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ]:_s7v
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 8Z[YcLy"({
~H4wsa39
return l(rhs) = r; o!@}&DE|*L
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 h'm-]v
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ;vuqI5k
,$A'Y
template < typename Tp > hb="J349
class constant_t =`pH2SJT
{ z&KrG
const Tp t; iKM!>Fi
public : #AO?<L
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 0(|Yy/Yq
template < typename T > Qo$j'|lD
const Tp & operator ()( const T & r) const @^cR
{ ?DrA@;IB
return t; =8V
9E
} Cno+rmsfT
} ; 1Wr,E#+C
kJ[r.)HU
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 P+:DLex
下面就可以修改holder的operator=了 HE|XDcYO
uEui{_2$
template < typename T > {$xt.<
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const NXHe;G
{ M~eXC
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); aM7=>
} s~'"&0Gz
(J 1:J
同时也要修改assignment的operator() GTuxMg`
f Hd|tl
template < typename T2 > VSjt|F)t
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } (|9t+KP
现在代码看起来就很一致了。 U-U"RC>
/P%OXn$i/
六. 问题2:链式操作 O;lGh1.
现在让我们来看看如何处理链式操作。 WRov7
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。 [jEZ5]%
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。 iu.v8I;<
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。 B?
Z_~Bf&
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct w<&R|= 93
K;Fs5|gFU
template < typename T > lW|`8ykp
struct result_1 W+Q^u7K
{ z3Zo64V~7
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Q].p/-[(
} ; zvbO
q
bYUG4+rD
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@!]5 <:9
`nrw[M?
template < typename T > 10d.&vNw
struct ref z5p5=KOb
{ *$Z,kZ^^
typedef T & reference; #IR,KX3]A
} ; 6o
d^+>U
template < typename T > PC!g?6J
struct ref < T &> ^D8~s; ?
{ 1I?`3N
typedef T & reference; 2h:{6Gq8
} ; D/YMovH%
?[<#>,W
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: yu>)[|-
oJ?,X^~_
template < typename T > < Dt/JA(p
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const BUS4 T#D
{ = glF6a
return l(t) = r(t); V}X>~ '%
} 74r$)\q
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。 FrC)2wX
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 P W_"JZ
4<V}Aj8l
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 |*$0~mA
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: oy-y QYX
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ,@kLH"a0
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 > JC"YB
最后的布局是: l;d4Le
Add C#LTF-$])
/ \ =m;,?("7t3
Divide 5 $0Ys{m
/ \ \ `;1[m
_1 3 ^r~O*
似乎一切都解决了?不。 "H#pN;)+
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 5.$/]2VK
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。 @jCMQYR
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: %xrldn%
3i1TBhs6
template < typename Right > Ae\:{[c_D
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const {T-=&%||
Right & rt) const x[=,$;o+
{ 3Cgv($xl&
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); A0,h7<i
} a<J<Oc!
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ]nNn"_qh
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。 21O@yNpS$
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。 V :/v
r
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。 ,rV;T";r
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。 }9kn;rb$g
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? vmg[/#
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: nC(Lr,(
2@W`OW Njm
template < class Action > 2wu\.{6Zp
class picker : public Action dVg'v7G&V(
{ Ma4eu8
public : R"j<C13;%
picker( const Action & act) : Action(act) {} CG;+Z-"X
// all the operator overloaded g:Q:cSg<
} ; {n&GZG"f
0V?7'Em
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 U1 `pY:P
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: MOPHu
O{^
~)F_FS
template < typename Right > M@JW/~p'
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const nDcH;_<;9a
{ h$mGawvZ~
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); PhAD:A
} \l%##7DRp]
a6@k*9D>
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > |8tKN"QG
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。 =YIosmr
YYL3a=;`a
template < typename T > struct picker_maker #&ei
{ +IMt$}7[
typedef picker < constant_t < T > > result; ,`PYU[
} ; ht#,v5oG>f
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > EeHghq
{ @Ko#nDEq
typedef picker < T > result; %k<+#j6ZH
} ; 39MOqVc
5g.w"0MkY
下面总的结构就有了: qHgzgS7a
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。 Kn1T2WSAg
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。 `6RccEm
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 \r9E6LLX'
至此链式操作完美实现。 X#Ob^E%J
Qsw.429t
[kTckZv
七. 问题3 nch#DE82
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。 Khl0 ~
1;PI%++
template < typename T1, typename T2 > 97 ,Y q3
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const @-Y,9mM
{ }u8g7Nj
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); @REMl~"D5
} xs
)jO+.
R#i`H(N
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: _Fn`G.r<
ZvLI~ul(zT
template < typename T1, typename T2 > 'v@*xF/L6a
struct result_2 @=%g{
{ `4?|yp.|L
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; >3*a&_cI=k
} ; ~1aM5Ba{
JNT|h zV
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? F@HJ3O9
这个差事就留给了holder自己。 A2p% Y},
C9_[ke[1D
f3imkZ(
template < int Order > 6oFA=CjU{
class holder; oIQ$98 M
template <> R<vbhB/lU
class holder < 1 > GHo
mk##0E
{ u/NcX
public : I-=Ieq"R9
template < typename T > ef!f4u\
struct result_1 tv Zq):c
{ lon9oraF'
typedef T & result; -r]L MQ
} ; |lk:(~DM
template < typename T1, typename T2 > :`lP+y?a1
struct result_2 }:u-l3e
{ ?G<?:/CU
typedef T1 & result; B&B