一. 什么是Lambda TRAs5I%
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 {TdKS
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, ?i(Tc!
pp#Kb 2*
w]) bQ7)
gA!-F}x$
class filler F)_Rs5V:(
{ Ajq;\-:
public : 4\2p8__
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} \Ul*Nsw
} ; akBR"y:~:H
eJ%~6c`@!
rem&F'x0V
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: QD<^VY6
!V@Y \M
d
v<tH 3I+
Iu(T@",Q#
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); N!"GwH
KL.{)bi
v>)[NAY9
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 +tkd($//
m3 (fr
M5exo
2v`VtV|B
二. 战前分析 *xU^e`P
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 mbd
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 Ps<)?q6(
{)ZbOq2
\fU{$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); x7Ly,
/* --------------------------------------------- */ %MbjKw
vector < int *> vp( 10 ); Lvv`_
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); x;Dr40wD@y
/* --------------------------------------------- */ u/y`M]17
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); AWQwpaj-
/* --------------------------------------------- */ dm.?-u;C
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); -1S+fUkiK/
/* --------------------------------------------- */ wXXv0OzK
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Xj+1]KRN
/* --------------------------------------------- */ |m k $W$h
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); j=dHgnVvj
+Z$X5Th
!j %)nU
@/anJrt
看了之后,我们可以思考一些问题: n?Gm 5##
1._1, _2是什么? x gaN0!
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 !pw%l4]/t
2._1 = 1是在做什么? f>ED
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 yW|yZ(7
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 z
O$SL8U
cdzzS?$)
v]U[7 j
三. 动工 YZpF*E;6t
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: "H%TOk7l
CL9p/PJ%e
evg i\"
z~o%U&DO}
template < typename T > }Ss#0Gee
class assignment >\}2("bv
{ lJKhP
T value; [ "J
public : l+R-lsj
assignment( const T & v) : value(v) {} uA:;OM}
template < typename T2 > ]4uIb+(S
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } rI;e!EW
} ; vh?({A#>.E
}6C&N8f
dW8'$!@!!
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 .__X[Mzth3
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment b*dRNu
1ZhJ?PI,9{
:$/lGIz
;13lu1
class holder Ha)w*1&w"
{ |;rjr_I
public : $Xz9xzOR
template < typename T > i7e{REBXb
assignment < T > operator = ( const T & t) const <T
{ %tUJ >qYU
return assignment < T > (t); k[Uc_=
} /d'^XYOC
} ; ,W*<e-
z6'zNM7M
f} }Bb8
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: "St, 4b
_QY0j%W
static holder _1; 8"8sI
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 n8zUL1:R
S5m1~fz
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); u"pn'H
而不用手动写一个函数对象。 6<]&T lS]
<MvFAuAT
f_D1zU^
qYsu3y)*N
四. 问题分析 Y/gVyQ(
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 1mI)xDi9
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 w4(DR?[nC
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ]#S1AvT
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ,@Ed)Zoh
下面我们可以对这几个问题进行分析。 NYR^y\u
#ye++.7WK
五. 问题1:一致性 uO7Ti]H
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| -k$rkKHZ(
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 H[]j6D
]C)PZZI='
struct holder En5I
{ bB)EJCPq>
// xOTm-Cm9L
template < typename T > ih ,8'D4
T & operator ()( const T & r) const mjBXa
{ Xg,E;LSF8
return (T & )r; >L&>B5)9
} iOki ZN+d>
} ; QdC>fy
r(cS{oni
这样的话assignment也必须相应改动: VCbnS191*
OWOj|jM
template < typename Left, typename Right > y3;G<9K2c]
class assignment ix7N q7!N
{ &)xoR4!2
Left l; +` Em&
Right r; ub,Sj{Mq"
public : [|k@Suv |z
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} r<&d1fM;X
template < typename T2 > 'ky'GzX,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } w?!@fu
} ; *QjFrw3
Q^fli"_:
同时,holder的operator=也需要改动: (]mN09uE
O^U{I?gQ
template < typename T > <bGSr23*
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ~(I\O?k>H
{ Bsz kQ>#6
return assignment < holder, T > ( * this , t); 3TtnLay.k
} #<v3G)|aS
*]x]U >EF
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。 DJrA@hm/Y
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 s'} oVx]
gtCd#t'(V
return l(rhs) = r; `n5)oU2q
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。 !n)2HDYhx,
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: "'6KQnpZ
eW7;yH
template < typename Tp > lD
!^MqK
class constant_t ~5cLI;4h
{ E8FS jLZ
const Tp t; (F$q|qZ%
public : {:{NK%
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} eT}c_h)
template < typename T > JRU)AMMU&
const Tp & operator ()( const T & r) const W J^r~*r
{ B[cZEFo\
return t; 61!R-
} G.T}^xHmL
} ; 0%'&s)#
^(UL$cQ>
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 nW{7L
下面就可以修改holder的operator=了 -] J V
3(AgUq
template < typename T > Mg^GN-l
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Q !S"=2
{ V/762&2X
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); \'E%ue_<9
} /0"Y.
@L
a#j0N5<Nl
同时也要修改assignment的operator() #p=/P{*
%Vive2j C
template < typename T2 > lm]4zs /A
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } MK~viSgi
现在代码看起来就很一致了。 /p X\)wi
Ds0^/bYp&
六. 问题2:链式操作 Cd6^aFoK!
现在让我们来看看如何处理链式操作。 LA"`8
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。 }v@w(*)h:
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。 #,!.e
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,CL222x
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct hua{g_
=wI,H@
template < typename T > ~{U~9v^v(
struct result_1 JsVW:8QO~
{ PN0:,.4
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ic?6p
} ; lh8`.sWk4V
ETjlq]@j
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: vxZz9+UbF
2hmV1gj
template < typename T > "{L%5:H@
struct ref In^$+l%O[
{ N55;oj_K
typedef T & reference; X`^9a5<"
} ; XP6R$0yN
template < typename T > ]}KmT"vA
struct ref < T &> l_+s$c
{ .w[]Q;K_[)
typedef T & reference; 4wBMBCJ;P
} ; )Q6R6xW
3xV
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下:
]| ~],\
g3Kc? wTC
template < typename T > EvQN (_
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const (ioi !p
{ ~i6tcd
return l(t) = r(t); 3H@TvV/;f
} ']A+wGR&r
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。 }& `#
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 {$O.@#'
3EF|1B/5
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 [g_f`ZJ=
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: p4HX83y{
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 gWgYZX
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Q[`_Y3@j
最后的布局是: T4o}5sq}S
Add eP[azC"G[
/ \ rK}*Uwut
Divide 5 q.uIZ
/ \ ?<xGO@b
.
_1 3 L;E9"7Jo
似乎一切都解决了?不。 QZt/Rm>W0
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。 2/qfK+a
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。 ]}~*uT}>
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: i nF&Pv