一. 什么是Lambda S$f6a'
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ZcuA6#3B
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, TF2>4 p
iv phlw
b}T6v
iX'rU@C
class filler Ngb(F84H?
{ <
RCLI|
public : AtR?J"3E
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} K:'q>D@
} ; )CX4kPj
X7,PEA
,!V]jP)
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: \4"S7.% |
X1ZgSs+i
-XRn~=5
7_2kDDW0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); sC[yI Up
#W.vX?-'0
tBTTCwNT%
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 }F+zs*S
xEuN
I@Xn3oN
q1E:l!2al
二. 战前分析 JQ:Ri
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 gyS+9)gY
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 >NB?&|
rF\"w0J_
E~<`/s
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 47r_y\U h
/* --------------------------------------------- */ 3~e8bcb
vector < int *> vp( 10 ); " P)*FT
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); l!#m&'16"
/* --------------------------------------------- */ [ofqGwpDG
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Tz2-Bp]h
/* --------------------------------------------- */ DO7W}WU
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); i&8FBV-
/* --------------------------------------------- */ azjEq$<M
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); vzF5xp.
/* --------------------------------------------- */ smG>sEp2
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); CE15pNss
10#oG{9
^\B:R,
50dGBF
看了之后,我们可以思考一些问题: %!ebO*8q
1._1, _2是什么? K^r)CCO
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。 VL[)[~^
2._1 = 1是在做什么? KRJLxNr
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。 )} DUMq7
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。 ylKmj]A
!L5jj#0
-/]W+[
三. 动工 PX|=(:(k
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: J8y0d1SG
&h*S
y
2cu#lMq
y]%w )4PS
template < typename T > Ld^GV
class assignment QZ
`tNq :/
{ .kTG[)F0b
T value; s<x1>Q7X~
public : +7Kyyu)y@
assignment( const T & v) : value(v) {} p2PY@d}}.
template < typename T2 > 6)pH|d.FR
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } bbxLBD'
} ; (I@bkMp
Oo?,fw
2/,0iwj-
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ?}Z1(it0
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment lq.Te,Y%w
\yrisp#`
4YZS"K'E
93[DAs
class holder z}SND9-"
{ =O|c-k,f@
public : 9*6]&:fm
template < typename T > }U@m*dEG
assignment < T > operator = ( const T & t) const VC5_v62&.
{ 8#R?]Uwq
return assignment < T > (t); eUS
} dQezd-y*
} ; ^4%Zvl
%}2@rLP
0;,IKXK6X
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: Q bhW!9(,
nZR!*$}A
static holder _1; Z?MoJ{.!?R
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 {Hr$wa~
P`U<7xF~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 59(U `X
而不用手动写一个函数对象。 4([.xT
9^P2I)aD
}aB#z<B6
nW\(IkX\
四. 问题分析 cIXwiC8t
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。 t?;T3k[RM
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。 \(I6_a_{
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 c*\<,n_
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 E04l|
下面我们可以对这几个问题进行分析。 hwnx<f '
bM;`s5d
五. 问题1:一致性 jW*1E*"
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?| 3l!NG=R
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 4yMW^:@
ETv9k g
struct holder wh 0<Uv
{ yI:#
|w|
// ~Y5l+EF#
template < typename T > %Xh fXd'
T & operator ()( const T & r) const cu#e38M&eE
{ mkvvNm3
return (T & )r; x_@i(oQ:_
} "u}9@}*
} ; eN0P9.eqM
q5&Ci`
这样的话assignment也必须相应改动: WoL9V"]
'TN)Lb*
template < typename Left, typename Right > |oKu=/[K
class assignment L3y5 a?G
{ \Z)1 ?fq
Left l;
#S
QXTR
Right r; lpQP"%q
public : O]u",J5
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ph30'"[Z}
template < typename T2 > 4dhqLVgL{
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } lhn8^hOJ/
} ; y<r}"TAf-
jy$@a%FD
同时,holder的operator=也需要改动: #*IVlchA"B
,^T]UHRO
template < typename T > Q/_#k/R
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ~P1_BD(
{ pD`/_-=^h
return assignment < holder, T > ( * this , t); G^h_YjR`*
} kM*T$JqN
a4GWuozl
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。 ?_4^le[;
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 f>iuHR*EXB
c;!g
return l(rhs) = r; G\Hq/4
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。 i&ts YnP2
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: @h-T:$
4KIWb~0Y
template < typename Tp > k'13f,o}
class constant_t _'iDF
{ 2bQ/0?.).-
const Tp t; 2ChWe}f
public : =3+L#P=i9
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} a+(j?_FyI
template < typename T > 4
eh=f!(+
const Tp & operator ()( const T & r) const R$0U<(/
{ ?z.Isvn
return t; g{ (@uzqG
} Xz1c6mX|o
} ; jPwef##~7
c>MY$-PD
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 gA
+:CgQ
下面就可以修改holder的operator=了 jb@\i@-
<c%n?QK{
template < typename T > E`E'<"{Yd
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const pcpxe&S
{ "Gh#`T0#a
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Q_lu`F|
} A~y VYC6l
D0%FELG05
同时也要修改assignment的operator() n&7@@@cA
O)<r>vqe}
template < typename T2 > [t}):}~F|
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } nZW4} ~0j
现在代码看起来就很一致了。 O]_={%
Qx.jCy@
六. 问题2:链式操作 g\J)= ,ju,
现在让我们来看看如何处理链式操作。
kgc.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。 NKh,z&
_5-
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。 Ar~{= X
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。 RK3.-
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct .HD ebi
_h~p:=
template < typename T > /,t|
!)\]
struct result_1 N l|^o{#
{ onh?/3l
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; XPVV+.
} ; Tg\hx>
Zjt9vS)
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: 3GINv3_
5=.7\#D
template < typename T > clC~2:
struct ref gpsrw>nw
{ gm}C\q9
typedef T & reference; a(g$ d2H
} ; B~BUWWMfp
template < typename T > mR6E]TuM
struct ref < T &> \hu':@}
{ ;]"n?uo
typedef T & reference; d^_itC;-,
} ; L&rO6
xz="|HD);
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: (T4k~T`3
[I_BCf
template < typename T > ?Ip$;s
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const XuA0.b%
{ ]~ >@%v&
return l(t) = r(t); vN'VDvVM
} bQ
i<0|S
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 ./2Z?,
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 XZ!cW=bqS
&boj$ k!g[
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 r$Yh)rpt:
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: YcEtgpz@
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 z`;&bg\8
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ,q/tyGj
最后的布局是: 77 *v-8c
Add ]gjr+GV
/ \ o8iig5bp
Divide 5 Ixyvn#ux)
/ \ <e$5~Spc
_1 3 VM=hQYe
似乎一切都解决了?不。 c&0;wgieg
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。 7j4ej|Fjo
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。 ~r{\WZ.
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: +.XZK3
N:"M&EUM
template < typename Right > 1y_fQ+\2A
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const H^]Nmd8Q)
Right & rt) const cH+h=E=
{ o",f(v&u%
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); \Ac}R'
}
yBJ/>SAcG
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 `%KpTh
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。 \ 9[NH/.Z{
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。 -G(3Y2
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。 s
ZlJ/_g
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。 @>qx:jx(-S
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? ^D%}V- "
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: OL,/-;z6
#rSasucr
template < class Action > .rt8]%
class picker : public Action u=_bM2;~Z
{ ,6S_&<{
public : >X-ed
picker( const Action & act) : Action(act) {} {mCKTyN+
// all the operator overloaded )x_W&