一. 什么是Lambda }3Qc 24`
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 GWhE8EDT
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, GMl"{Oxo&
H<g 1m
/jM_mrpz
i0>]CJG
class filler ?\ZL#)hr"p
{ K4:
$=
public : +~N!9eMc
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} K*1.'9/
} ; Goxl3LS<
U9
#w
=-w;zx
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: `{[RjM`
u"`*DFjo*
*7ZtNo[+
#.H}r6jqs
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); X3<K 1/<
P;73Hr[E#
\8{\;L C
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 1c$vLo832
=> qTNh*'
A{N\)
M diwRi
二. 战前分析 b?8)7.{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。 1fH<VgF`
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 \w%@?Qik
"N 3)Qr
J? .F\`N)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); L_Q S0_1
/* --------------------------------------------- */ (!3;X"l
vector < int *> vp( 10 ); BgM%+b8u
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); -}P7$|O&
/* --------------------------------------------- */ ]W/>Ldv
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 3@_Elu
/* --------------------------------------------- */ zyFUl%
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Rb EKP(uw
/* --------------------------------------------- */ \9/RAY_G
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); YHB9mZi
/* --------------------------------------------- */ 1'JD =
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); r{_ >ldjq
E8ta|D
BJk
Z2=
zU&L.+
看了之后,我们可以思考一些问题: Wpr
,jN8b
1._1, _2是什么? uR$i48}
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。 Y]Vq\]m\
2._1 = 1是在做什么? BRzfic:e
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。 0J9D"3T)
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^MB)YD
]A^4}CK^<
2%]Z
Kd
三. 动工 ^nNitF
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: BhkoSkr
[ *>AN7W
/&^W#U$4
V
kjuyK
template < typename T > 9AQxNbs
class assignment T.ML$"f
{
.X'p q5
T value; 36vgX=}
public : cj$d=k~
assignment( const T & v) : value(v) {} nS9wb1Zl
template < typename T2 > _MuZ4tc
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ]{GDS! )
} ; #+k*1Jg
@1:0h9%
Z6Fp\aI8@
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 !q'
4D!I
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment V 1/p_)A
D+RiM~LH8
y(iY
h&;t.Gdf
class holder }Wh6zT)
{ S6g<M5^R
public : LT VF8-v
template < typename T > b~w=v_[(I
assignment < T > operator = ( const T & t) const mbxbEqz
{ }D;WN@],
return assignment < T > (t); 2oCkG~j
} _zMgoc7
} ; 2VGg 6%
m@Rtlb
y7)(LQRE
{
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ]uQqn]+I!
T.mmmT
static holder _1; k[kju%i4
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 UbamB+QT
u0Nm.--;_3
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 5Qh?>n>*
而不用手动写一个函数对象。 }`\/f
bB}5U@G|
`5~3G2T
Ul+Mo&y-
四. 问题分析 6"f}O<M5H
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 F?-R$<Cn2~
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。 aZ|=(]
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ye}p~&
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 jE\Sm2G9
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ep/Y^&$M
5jxQW
;
五. 问题1:一致性 04U")-\O
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?| N<(.%<!
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 tjT>VwqH
U#&7p)4(
struct holder Ch \&GzQ
{ F4L;BjnJ
// \Ae9\Jp8M
template < typename T > x1&W^~
T & operator ()( const T & r) const 6CbxuzYer
{ $~;D9
return (T & )r; -E"GX
} GH1"xR4!
} ; [`RX*OH2
\QE)m<GUe
这样的话assignment也必须相应改动: u8GMUN
kOo~%kcQ'
template < typename Left, typename Right > `n5"0QRd
class assignment @&|l^ 1
{ ~@.%m"<.
Left l; 3&&9_`r&_
Right r; d;mx<i=/
public : )lk&z8;.=
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 0&_UH}10
template < typename T2 > jz58E}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Y5ZZ3Ati
} ; M-V&X&?j
F#
T 07<
同时,holder的operator=也需要改动: 9d[5{"2j
jh2t9SI~
template < typename T > #n0Y6Pr
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const V'*~L\;pU
{ !`41q=r
return assignment < holder, T > ( * this , t); l>*"mh
} y\dEk:\)
UhA"nt0
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。 @c9^q>Uv
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 :0& X^]\
k@ZLg9
return l(rhs) = r; 2_vbT!_
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。 B33$pUk
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ABE@n%|`
JM1R ;i6
template < typename Tp > X3'H
`/
class constant_t g<{xC_J
{ M" ^PW,k
const Tp t; ]e.JNo
public : ;bHV
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} [ i#zP
template < typename T > $/!{OU.t`
const Tp & operator ()( const T & r) const ;qH O OT
{ M@0;B30L
return t; ?T+q/lt4
} b&1`NO
} ; 5waKI?4F
Uf}\p~;
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 x#Sqn#
下面就可以修改holder的operator=了 .{y
uo{u
~3uP6\F
template < typename T > yR(x+Gs{]
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const RV@*c4KvO+
{ >4t+:Ut:
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); R<OI1,..r
} AU2i%Q!
M|:UwqV>
同时也要修改assignment的operator() c("_bOAT
BcI|:qv|
template < typename T2 > GnvL'ESa@M
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } &x3VCsC\|
现在代码看起来就很一致了。 9K1oZ?)_z
'C"9QfK
六. 问题2:链式操作 _%QhOY5tv"
现在让我们来看看如何处理链式操作。 u*hSj)vr1
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 >,td(= :
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 _4g.j
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 812$`5l
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct kh`"WN Nt
R=jI?p
template < typename T > ~ 0M'7q'
struct result_1 cFJY^A
{ %$b:X5$Z
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; z*-2.}&U<
} ; A{A\RSZ0
<_7*67{
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: P'_H/r/#
0\e IQp
template < typename T > AJ=qn a
struct ref ?"g!
{ +llR204
typedef T & reference; !jTcsN%
} ; S_Wrw z
template < typename T > 8SGo9[U2
struct ref < T &> @H=:)*;
{ x@[rms
typedef T & reference; _fKou2$yz
} ; xoN3
i*Z"Me
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: <*qnY7c&N;
#?S^kM-0
template < typename T > B8}Nvz
/
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const @<elq'2
{ Fx2bwut.K
return l(t) = r(t); yPal<c
} 3qf
Ym}d
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。 r [*Vqcz
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 va0{>Dc+
jEZMUqGY!
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 Rd#WMo2Xd
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ojanBg
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Ys\Wj%6A
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Rx}$0c0
最后的布局是: '!eKTC>
Add Hhcpp7cr'
/ \ rp;b" q
Divide 5 }F#okU
/ \ i uF*.hc,%
_1 3 IhVO@KJI
似乎一切都解决了?不。 y#3j`. $3p
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ?k(7 LX0j
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 ;;#qmGoE
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: )% ~OH
N(Fp0
template < typename Right > Tu).K.p:
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 'ZDp5pCC;
Right & rt) const oY933i@l)P
{ AT2n VakL
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 75XJL;W #
} =\H!GT
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 d^{RQ
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 ^rifRY-,yO
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 xe^Gs]fm
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 e4 >_v('
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 6">+
~
G
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? hHV";bk
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: e,W%uH>X
hpO`]
template < class Action > [PNT\ElT
class picker : public Action ~f$|HP}
{ SAy=WV
public : AP'*Nh@Ik(
picker( const Action & act) : Action(act) {} ^\4h<M
// all the operator overloaded {y=j?lD
} ; K/IWH[
iOW#>66d
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。 Ab{ K<:l
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: 9_Be0xgJ3^
2AT5
template < typename Right > e4?>-
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const RBs-_o+ %
{ Vf]
"L.G
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); A#EDkU,
} 1H6<[iHW
"@iK'
c^
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > l`#4KCL(
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。 pKpUXfQu
r]:(Vk]|F
template < typename T > struct picker_maker {zQ8)$CQ
{ E&2OD [iX
typedef picker < constant_t < T > > result; S4Y&
} ; l]Ax : Z
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > }fb#G<3
{ +BETF;0D
typedef picker < T > result;
TQpf Q
} ; '
aq!^!z
$u]jy0X<Y;
下面总的结构就有了: vq(0OPj8r[
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 aX)I3^ar
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 ,JAx
?Xb
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 6-$jkto
至此链式操作完美实现。 _>(^tCo
=;Rtdy/Yn%
QbkLdM,S*
七. 问题3 (^TF%(H
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。 5:Z0Pt
;z}i-cNae
template < typename T1, typename T2 > 1OCeN%4]Qk
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const o<BOYrS
{ lr>oYS0
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 5m\<U`
} l;R%= P?'F
M+||rct
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!
_U+K
a,
k'Vk{
template < typename T1, typename T2 > CZud&
<
struct result_2 \2N!:%k
{ Ql/cN%^j$
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; v$7QIl_/7
} ; ,?8qpEG~#+
ORe(]I`Z
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? 7K,-01-:
这个差事就留给了holder自己。 _x%7@.TB
8!O5quEc
uwzvb gup?
template < int Order > [$0p+1
class holder; g!@<n1 L
template <> -JMdE_h
class holder < 1 > {XR6>]
{ *H"B _3<n
public : -]/I73!b
template < typename T > Ktb\ b w
struct result_1 xST8|H
{ KHe=O1 %QO
typedef T & result; *X'Y$x>f
} ; adCU61t
template < typename T1, typename T2 > `^u>9v-+'
struct result_2 *6sl
{ K2M~-S3
typedef T1 & result; "-e
\p lKj
} ; TSTl+W
template < typename T > ]zj9A]i:a
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const nKPYOY8^
{ s)noo
return (T & )r; `eE&