一. 什么是Lambda $/crb8-C
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 .#}A/V.-Y
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, ! n<SpW;
TF?~vS%@P
"0Z5cQjg
zm mkmTp
class filler 5fy{!
{ a$3 ]`
public : quS]26wQz
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} iXLH[uhO;
} ; y9U~4
T m2+/qO,
~U4Cf >
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: Pa'N)s<
SmUiH9qNd,
QYEGiT
K!8l!FFl
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); pf&U$oR4
\c1>15
bPIo9clq
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 9
^=kt 2[
8Oa+,?<0x
@<yY Mo7
.I]EP-
二. 战前分析 q2U?EP{8~
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。 32Wa{LG;2
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 7NkMr8[}F
LbuhKL}VN
<tW/9}@p9
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); sB!6"D5
/* --------------------------------------------- */ :<v@xOzxx
vector < int *> vp( 10 ); q|
UO]V
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); n5y0$S/D
/* --------------------------------------------- */ y+
4#Iy
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); K j~!E
H"
/* --------------------------------------------- */ &79F
Uac
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); >DAi-`e
/* --------------------------------------------- */ ]GDjR'[z
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); fg/hUUl
/* --------------------------------------------- */ 4KR$s Kq$q
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Rm}G4Pq
\hdil`{>
;(rK^*`fO
!+DhH2;)F
看了之后,我们可以思考一些问题: o(C;;C(*{
1._1, _2是什么? jW{bP_,"
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ZAgtVbO7
2._1 = 1是在做什么? >`<qa!9
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 o7^0Lo5Z?
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 </b_Rar
%pLqX61t=
z'*{V\
三. 动工 (+}44Ldt
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: bc;?O`I<
o*3\xg
kG5Uc83#G
3_>=Cv}
template < typename T > CSH*^nk':O
class assignment DT_%Rz~<
{ @ +a}O
T value; -;Te+E_
public : &x$ps
assignment( const T & v) : value(v) {} ZH`(n5
template < typename T2 > q{+}0!o
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 4ves|pLET
} ;
e'p"gX
Ya-GDB;L
Ap 3B'
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Qn.3B
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ^>^h|$
"N)InPR-
cqT%6Si
^])s\a$
class holder \odns
{ $~\Tl:!#?
public : 'Er\68
template < typename T > wh!8\9{g
assignment < T > operator = ( const T & t) const ZZ/k7(8
{ cC]]H&'Hg+
return assignment < T > (t); i(*fv(z
} AmQsay#I_
} ; P<;Puww/
EKS?3z%!
g`~;"%u7cn
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 2wa'WEx
bP,Ka
static holder _1; >qUD_U3A
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 /B|"<`-H
CAmIwAx6;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ff=RKKnN
而不用手动写一个函数对象。 k5*Z@a
x3F94+<n{
7%G&=8tq
u$X =2u:P
四. 问题分析 I}m>t}QRI_
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。 YN~1.!F
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。 c~}FYO$
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 BqM[{Kv
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 nU 0##
下面我们可以对这几个问题进行分析。
@H^\PH?pp
x=X&b%09
五. 问题1:一致性 m>?|*a,
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`qGwNT%G
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 16Jjf|]j
FC
struct holder gZ-:4G|J
{ 0.c96&
// #B
q|^:nj
template < typename T > K92M9=>
T & operator ()( const T & r) const @, AB2D
{ rv<qze;?|
return (T & )r; Kzy9i/bL
} KuEM~Q=
} ; ggpa!R
l@]Fzl
这样的话assignment也必须相应改动: d*=qqe
H
#WGyQu
template < typename Left, typename Right > C%j@s|
class assignment ad52a3deR
{ OL^DuoB4q
Left l; c8HETs1
Right r; ywB0
D`s'
public : h 0)oQrY
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} NRk^Z)
template < typename T2 > O;T)u4Q&3
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } %eGD1.R
} ; M'oQ<,yW-
Xn5LrLM&
同时,holder的operator=也需要改动: c{39,oF
]7RK/Zu i
template < typename T > nA%8
bZ+
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const XpA|<s
{ &)|f|\yh"
return assignment < holder, T > ( * this , t); lwo,D}
} uKB V`I
:qV|rih_Q
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。 >SS^qjh/
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 A0Q1"b=
J7~Kjl
return l(rhs) = r; =$ubSfx
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 NxB/U_j
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ;=@?( n
?%/*F<UVQ
template < typename Tp > zy~*~;6tW
class constant_t ^K
9jJS9K
{ iR8;^C.aT
const Tp t; Vg
mYm~y'
public : t+j dV
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 3M'Y'Szm
template < typename T > ej&o,gX
const Tp & operator ()( const T & r) const o =F!&]+
{ <l>L8{-3
return t; E/D@;Ym18
} 3wfJ!z-E8
} ; U.<a d
KqNsCT+j
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 zE7)4!
下面就可以修改holder的operator=了 qQS&K%F
.
ywVGBvJ
template < typename T > 1KJ[&jS ]
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const M?kXzb\O
{ 5RY rAzQo
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 1 -R4A7+3
} |Z$)t%'
qSaCl6[Do
同时也要修改assignment的operator() tMo=q7ig
APU~y5vG (
template < typename T2 > pvRa
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } HDz"i
现在代码看起来就很一致了。 9'KOc5@l^
=S\pI
六. 问题2:链式操作 :z$+leNH\
现在让我们来看看如何处理链式操作。 8P&z@E{y
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 Qr?(2t#
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 NI C.c3
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 9Dyy&$s
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct q@Zeu\T,*#
lH"VLO2l
template < typename T > 1W9uWkk_d
struct result_1 9FF
{ lvUWs
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ESe$6)P
} ; RVpo,;:
C4|79UG>s
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: j"&Oa&SH
,ZnL38GW
template < typename T > ?Uhjyi
struct ref >-(,BfZ
{ 2F ~SH
typedef T & reference; ,rhNXx
} ; %B| Ca&
template < typename T > <S0gIg`)
struct ref < T &> NF7+Gp6?q
{ $@[Mo
typedef T & reference; R5<:3tk=X
} ; |lVi* 4za%
vnX~OVz2
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 8=mx5Gwz-
yQC8 Gt8
template < typename T > \r&(l1R
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const cn'rBY
{ XZ/cREz^s
return l(t) = r(t); :}o{<U
} *bi;mQ
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 (T",6 xBSG
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ZrWA,~;
FXid=&T@0D
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 mEV@~){
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: rwAycW7
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 j 2e|
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 P>7PO~E.
最后的布局是: U^OR\=G^
Add )N&95\u
/ \ -V||1@
|
Divide 5 s6I/%R3
/ \ ) =|8%IrB
_1 3 ` )~CT
似乎一切都解决了?不。 kO,vHg$
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。 <ol?9tm
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。 +^%0/0e
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: @$?*UI6y
F4g3l
template < typename Right > H8!lSRq
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 0|(6q=QK
Right & rt) const Wk]E6yz6
{ /? Bu^KX
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); A&Cs
(e
} Z'c9xvy5
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 @u8kNXT;h
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 %v]-:5g'|
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 &lB>G[t
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 + )7h)uq
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 x|3G}[=
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? <ceJ!"L
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: t;lK=m|
4n2*2
yTg
template < class Action > A)kdY!}
class picker : public Action g=S|lVQm
{ prVqV-S6TY
public : J8DKia|h(
picker( const Action & act) : Action(act) {} smuQ1.b
// all the operator overloaded b yJ[1UK
} ; >7QC>ws%
gq)uv`3
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 7:OF>**
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 2%j"E{J&
h ?+vH{}j
template < typename Right > BNbz{tbX"
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const !]#;'
{ E1|:t$>Ld
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); r5uX?^mJ0
} Q_|Lv&
.vpx@_;]9
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > LLwC*) #
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。 iMp_1EXe
C0j`H(
template < typename T > struct picker_maker k
i{8f
{ \-:4TuU
typedef picker < constant_t < T > > result; Z]^O=kX7k
} ; rF
. Oo 0
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > D}bCMN<
{ q_0,KOGW
typedef picker < T > result; a8Z{-=)
} ; $eh>.c'&]
@Y+9")?
下面总的结构就有了: *g 2N&U
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。 {7 nz:f
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。 <#7j~ <
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 Br"K{g?
至此链式操作完美实现。 0u ,nSvch
hu-6V="^9
A,%NdM;t=5
七. 问题3 J|dj`Z?
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。 ?,*KA Gg%
ef
-PlGn
template < typename T1, typename T2 > CNyV6jb
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const fb|lWEw5h.
{ _U%2J4T2
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); +v|]RgyW)
} ,a}
vx"~
/QVhT
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: IL<@UWs6
bH_zWk
template < typename T1, typename T2 > mbO.Kyfen
struct result_2 RMBPm*H
{ K=;oZYNd
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 9AZpvQ
} ; oF(|NS^
}&IOBYHVDo
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? Uj>bWa`
这个差事就留给了holder自己。 'E1m-kJz
a &