一. 什么是Lambda CyfrnU8g
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 #ORZk6e
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, .B+Bl/
ndmsXls
elqm/u
$+k|\+iJ
class filler *M? [Gro/
{ 6%a9%Is!O
public : A_!N,<-
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} k/Z]zZC
} ; ~GLWhe-
dEhFuNO<2
q90
~)n?
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: -k?K|w*X
&wX568o
*V`E)maU
1!%T<!A.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ]Sey|/@D
O:]e4r,'
z"D0Th`S6
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 _,<@II
uv&4
A,h
,bxGd!&{Q
i*]$_\yl"
二. 战前分析 HEk{!Y
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。 0;L.h|R T(
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 TFNB%|
rw$ =!iyO
3s0I<cL
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); #Q1
|]
/* --------------------------------------------- */ ^H!45ph?Jc
vector < int *> vp( 10 ); ;0 4< 9i
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); nh]HEG0CZJ
/* --------------------------------------------- */ >|pN4FS
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); V/+D]
/* --------------------------------------------- */ ydTd.`
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Sc?q}tt^C
/* --------------------------------------------- */ aF{1V\e
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Hva/C{Y
/* --------------------------------------------- */ Ftdx+\O_i&
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); %,+&Kl
I
z.~jqxA9
p=[SDk`
m@W>ku
看了之后,我们可以思考一些问题: 4 'DEdx,&f
1._1, _2是什么? gle<{
`
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。 48,uO!
2._1 = 1是在做什么? 3ESrd"W=
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。 /?1^&a
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。 d
f
j;e%H
]m :Y|,:6
n= q7*<l
三. 动工 6@;sOiN+
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ,FwJ0V
HF<h-gX
X>i{288M3
cAn_:^
template < typename T > A[`2Mnj
class assignment )~CNh5z6Y
{
(F&o!W
T value; *mz-g7
public : ]2c0?f*Y7
assignment( const T & v) : value(v) {} N<O<wtXIj
template < typename T2 > iB}*<~`.Eg
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } RBLOc$2
} ; F+]cFx,/
X2E=2tXl`7
3TRG] 5
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 0 _N.s5~N
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment /bF>cpM
RgVnx] IF
A*{CT>
h!7Lvh`o
class holder hGcu(kAC,
{ s &f\gp1
public : w8bvqTQ
template < typename T > ')TS'p,n
assignment < T > operator = ( const T & t) const (K('@W%\?
{ /z)Nz2W
return assignment < T > (t); {(l,Uhxl""
} GHO6$iM)[
} ; <cFj-Ys(T
M6j~`KSE
!xU[BCbfYV
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: lV9
Svdmg D!
static holder _1; >=86*U~
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 _K B%g_{
VNs3.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); AzVv-!Y
而不用手动写一个函数对象。 uQ%3?bx)T
_:%i6c*"
]!uId#OH
C%|m[,Gx
四. 问题分析 }lP`3e
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。 _Nh`-R%B)
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。 iqFC~].)
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 KV! (
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Q\}Ck+d`a
下面我们可以对这几个问题进行分析。 =y=MljEX
&(m01
五. 问题1:一致性 Hp*N%
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?| -@XOe&q
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 AwZz}J+
Ph)>;jU
struct holder 7~SnY\B|
{ o+Mc%O Z
// et/v/Hvw1
template < typename T > 8~F?%!X
T & operator ()( const T & r) const 0es\
j6c
{ ,20l` :
return (T & )r; ijDXh y
} }qR6=J+Dx
} ; P-DW@drxF
Tv9\`F[
这样的话assignment也必须相应改动: K)^8 :nt
p(fMM :
template < typename Left, typename Right > r[wjE`Z/T
class assignment !3{;oU%*
{ _M^^0kf
Left l; [c
XSk
Right r; j<k-w
public : [
P,gEYk
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} =2YXh,i
template < typename T2 > :?
s{@7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Y ` Z,52
} ; /&9R*xNST#
JIsi
同时,holder的operator=也需要改动: yq1G6hw
X]o"vx%C
template < typename T > .@ZrmO
o]]
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Gzs$0Ki=
{ Y[W :Zhl;
return assignment < holder, T > ( * this , t); 50`|#zF^#
} RRQIlI<
nTD4^'
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 W0}FOfL9
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 8c>xgFWp9
qC5IV}9`
return l(rhs) = r; yF1p^>*ak&
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 /<%EKu5
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 'rq@9$h1W
!,C8
template < typename Tp > %m|1LI(
class constant_t [Zzztn+
{ [7 NO !^
const Tp t; QKhGEW~G
public : /,~g"y.;,
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} +N'&6z0Wf
template < typename T > Z:^ S-h
const Tp & operator ()( const T & r) const 2H`>Kj
{ KT17I&:
return t; R}IuMMx
} Xq<_r^
} ; :F9Oj1lM%
bkz/V/ Y
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 +(W7hK4ip
下面就可以修改holder的operator=了 X<5&R{oZ
jeB"j
template < typename T > qJ .XI
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const oS}fr?
{ 5"(FilM
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); abCxB^5VL
} Q#*R({)GH
Z>l<.T"t'
同时也要修改assignment的operator() FGhnK'
3sW!ya-VZ
template < typename T2 > bnPhhsR
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } "{trK?-8%
现在代码看起来就很一致了。 Vol}wc
,`YIcrya:
六. 问题2:链式操作 Z$B%V t
现在让我们来看看如何处理链式操作。 IM,4Si2
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。 :G]t=vr1
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。 s%8,'3&
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。 8'NT_NPNb
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct fsWIz1K
nrX+ '
template < typename T > i r'C(zD=
struct result_1 \(&&ed:
{ cmAdQ)(Kzd
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; <_]W1V:0
} ; .$
YYN/+W
@=
=)
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: n&DBMU
sZ7~AJ
template < typename T > j)#yyK{k2s
struct ref 7j29wvSp5
{ 6urU[t1
typedef T & reference; 6'.)z,ts
} ; E25w^x2
template < typename T > J1Az+m
struct ref < T &> )o-mM
tPj
{ 1Dhu5ht
typedef T & reference; Pjxj$>&;*j
} ; KD\sU6
Z9*@w`x^u
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: j,lI\vw<
cd=K=P}p
template < typename T > rq Uk_|Xa
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const /0$405
{ 8TK*VOf`
return l(t) = r(t); gv D*^
} kP5G}Bp
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 EziGkbpd@
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Oi]B%Uxy=
Jr= fc*f
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 [LUqF?K&
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: =BJe}AV
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 bTZ.y.sI
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 atmW? Z
最后的布局是: <M}O&?N
8x
Add g/\cN(X
/ \ !H<%X~|,
Divide 5 q*C-DiV
/ \ SLUQFoz}
_1 3 \=`jo$S
似乎一切都解决了?不。 #K/JU{"
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。 y~wr4Q=
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。 JG7K-W|!c
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: |[>yJXxEL@
4tx6h<L#s
template < typename Right > 7+IRI|d
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 9\T9pjdZE
Right & rt) const Plhakngj
{ @K}h4Yok
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ^zS;/%
} TCIbPsE
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 @8+v6z
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。 Ta/u&t4
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。 *"4l}&
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。 MZB}O"
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。 {`T^&bk
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? ,nGQVb
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: F%af05L[
rkR~%U6V
template < class Action > 5tzO=gO[
class picker : public Action jA[")RVG
{ {,Rlq
public : JAI.NKB3
picker( const Action & act) : Action(act) {} fO
.=i1
E}
// all the operator overloaded B@VAXmCaoV
} ; 6`bR'
0D
g+c%J#F=
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。 <P6d-+
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: H*+7{;$
VZ y$0*
template < typename Right > {^^LeUd#V
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const yy&L&