一. 什么是Lambda .N><yQ-j3'
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ]A<u eM
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, ;<)-*?m9
C"|_j?
d@`:9
G3
/t 6u"I~
class filler 9DAwC:<r
{ FEi,^V
public : Ly/~N/<\
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} _j<M}
} ; iuk8c.TAR
mS;Q8Crh
r_<i*l.
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: \C\y'H5
A)a+LW'=u
4Jy,IKPp
j<-o{6r
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); "N:]d*A\
"=TTsxyM6P
$mg h.3z0
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 m3!MHe~t
TV>R(D3T/
jJQfCOD$
p~;z"Z
二. 战前分析 (2\ekct ^
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。 (>lqp%G~
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 ej53O/hP
.0;k|&eBD
0YRYCO$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); _q4dgi z
/* --------------------------------------------- */ ]T$w7puaJ
vector < int *> vp( 10 ); QMpA~x_m
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); (eIxU&o'
/* --------------------------------------------- */ Y0C<b*!"ST
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); N<r0I-
/* --------------------------------------------- */ @ y2Bq['
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); >oYwzK0&
/* --------------------------------------------- */ $[;eb,
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); \J
g#X:d
/* --------------------------------------------- */ F88SV6
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Pw{{+PBu R
JM9Q]#'t
-@?>nLQb
bN%MT#X
看了之后,我们可以思考一些问题: )
G&3V
1._1, _2是什么? UdgI<a~`k6
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Uy'ZL(2
2._1 = 1是在做什么? " yl"A4p
S
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 `X03Q[:q"[
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 _^$b$4)
>a~FSZf
\V\ET
三. 动工 TbM*?\7
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: `.Q3s?1F
0# GwhB
U.} =j'Us+
yAkN2
template < typename T > ?^GsR[-x
class assignment @
MoMU
{ A+*(Pds
T value; GB Un" _J
public : ?Og ;W9i
assignment( const T & v) : value(v) {} F<<H [,%0
template < typename T2 > >(J!8*7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } WoR**J?}w
} ; 5 :>
:WTvP$R
S$:S*6M@"
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 iJ#oI@s
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment QZP;k!"w
E1[%~Cpw*
Ykq }9
$)a5;--W
class holder ,fLe%RP
{ }i~ j"m
public : !.N=Y;@lY
template < typename T > 01w/,r
assignment < T > operator = ( const T & t) const c=E.-
{ Cagq0-:(p
return assignment < T > (t); E&v-(0
} 82l";;n4p
} ; gvt4'kp
0kEq|k9
skArocs
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: RtEkd_2
l'R`XGT
static holder _1; IMEoov-x
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 +T;qvx6
;:1mv
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); OPh@H.)^
而不用手动写一个函数对象。 '*.};t~;"d
: P2;9+v
~qxc!k!w4
2M`Ni&v
四. 问题分析 ^ZBkt7
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。 m>:ig\
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。 nJw1Sl5
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 l,8|E
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 #r}c<?>Vw
下面我们可以对这几个问题进行分析。 (P_+m#
AIo;\35
五. 问题1:一致性 |%9~W^b
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?| [a6lE"yr
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 3F3?be
>0$5H]1u
struct holder >H! 2Wflm
{ bsVOO9.4-
// pYQs|5d
template < typename T > sIM`Q%
T & operator ()( const T & r) const XRin~wz|S
{ b6VAyTa
return (T & )r; 1 Qkuxw
} 3g?T,|2K
} ; 8ttw!x69)_
Ric$Xmu
这样的话assignment也必须相应改动: #SOe&W5
4QDzG~N4)|
template < typename Left, typename Right > 9`b3=&i\
class assignment o!&*4>tF
{ )A"7l7?.n)
Left l; :W55JD'
Right r; dD!SgK [Jv
public : N9Vcp~;
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ABf#!G
template < typename T2 > KcE=m\ h
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } J0o[WD$Ax
} ; U[u6UG
tL|Q{+i
yE
同时,holder的operator=也需要改动: W[DB!ue
X?a67qL
template < typename T > umYdr'p!v
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const S([De"y
{ Po[zzj>m
return assignment < holder, T > ( * this , t); b87d'# .
} re2%e-F"
a!.8^:B&
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 F.9|$g*ip
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 kM@,^`&
qKXn=J/0tA
return l(rhs) = r; >~:]+q
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。 6w#v,RDEu
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: e V#H"fM
c{0?gt.
template < typename Tp > Q=E6ZxH5;
class constant_t ]a()siT
{ #t*c*o
const Tp t; hR2.w/2j
public : K(Nk|gQ
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} &/"
qOZAs
template < typename T > EWi@1PAZK
const Tp & operator ()( const T & r) const /:)4tIV
{ +iR;D$w
return t; SQ[}]Tm;n
} Q*5d~Yr ]R
} ; |m%&Qb
'S\H% -
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 'lF|F+8
下面就可以修改holder的operator=了 EOiKwhrV
fr7/%{s
template < typename T > }9JPSl28Jr
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const - K{ID$!p
{ !~#31kL&
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); q]aRJ`9f
} [S%
gkjZX
wp
同时也要修改assignment的operator() n >^?BU
<f%9w]
template < typename T2 > zq#o8))4X
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 8~bPoWP
现在代码看起来就很一致了。 U7N<!6
H D>{UU?
六. 问题2:链式操作 utXcfKdt
现在让我们来看看如何处理链式操作。 e:]$UAzp
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ;-F#a+2]!
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 -MZ Eli g
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 pJIH_H
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct "#()4.9
^/,s$dj
template < typename T > Us<lWEX;k
struct result_1 XN Y(@
{ *HVO
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; {+ m)*3~w
} ; K:0RP?L
n.)-aRu[
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: #rC% \
K{c^.&6D
template < typename T > sC$X7h(Q+
struct ref N=kACEo
{ ^s-3U
typedef T & reference; `u-}E9{
} ; n\ZFPXP
template < typename T > &xVWN>bd^
struct ref < T &> Q'N<jX[
{ 0-FbV,:;
typedef T & reference; _i&\G}mrC
} ; mnePm{
$T6<9cB@
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: +1Uw <~
}5gQZ'ys'
template < typename T > )\e_I\-
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 9/{g%40B^
{ F-nt7l
return l(t) = r(t); {"<Q?yA2y
} CNwhH)*
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 LZeR.8XM>
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ;rFa I^
>TE&myZ?*
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 biJU r^n
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: %ug`dZ/
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 5H79) n>
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 OygYP
最后的布局是: ?E`J-ncP
Add _tjH=Ff$
/ \ %w@(V([(c
Divide 5 1>Op)T>{c
/ \ =\3*;59\
_1 3 (z[cf|he
似乎一切都解决了?不。 :KFhryN
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。 &I70veNY
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。 jq[>PvR
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: =($qiL'h
c/s'&gG33z
template < typename Right > '?d[ ip
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 0-5:"SN'
Right & rt) const $R^"~|m3M
{ h1BdASn_
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); TiOvrp7B
} /f#sg7)
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 -~5yl}
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。 xsa*
XR
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。 5=dg4"b]
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。 !vsUL-
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。 0ul2rZc
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? Pvtf_Qo^
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: '
ft
|
X9P-fF?0
template < class Action > PBUc9/
class picker : public Action r1[0#5kJ;J
{ 2]7nw1&
public : KT8Fn+
picker( const Action & act) : Action(act) {} w<'mV^S
// all the operator overloaded {30A1>0#P
} ; rlds-j''
/q> "">
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。 @M(vaJB8u
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: ,
w_ Ew
shi#K<gVC
template < typename Right > ?e BN_a,r6
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 55#H A?cR
{ $`uL^ hlj]
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); uv@4/M`
} OaEOk57%de
D3_,2
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Q=+KnE=h
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 <@?bYp
# wG}T
.*
template < typename T > struct picker_maker 2nwP-i
{ FuD$jsEw
typedef picker < constant_t < T > > result; kweyp IB
} ; {RzlmDStV
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > <$UY{"?
{ O|8p #
typedef picker < T > result; rc"Z$qU?
} ; U#Ud~Q q
U?kJXM2
下面总的结构就有了: kefQH\<X
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。 ?&N
JN/+%
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。 #vIF]Y
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 IQR?n}ce
至此链式操作完美实现。 wc ^z9y
S3 &L
TEY%OIzU+
七. 问题3 M*t{?o/t;
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。 RhYf+?2
nlJxF5/
template < typename T1, typename T2 > s:Memvf
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const zX)uC<
{ L"AZ,|wIk
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); &