一. 什么是Lambda S`4e@Z$
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 vRxL&8`&
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, (a,6a
4@gl4&<h
>|(WS.n 3C
{8_:4`YZ
class filler ID&zY;f
{ X=\x&Wt
public : {<"[D([
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} uz8nRS s
} ; %bN"bxv^
UX?X]ZYVR
#i6[4X?
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: R+C+$?4NG
%uF:)
WGluZhRuT3
N:5b1TdI,
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); WI%zr2T
V.+DP
rC=f#YjR
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 h@EJTAi
<x ^IwS
Fv<]mu
Gl=@>Dc%
二. 战前分析 &MBOAHhze
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。
I)qKS@
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 j^:b-:F
A-}PpH~.Z
+ESX.Vel
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); CRP7U
/* --------------------------------------------- */ [@jp9D
H
vector < int *> vp( 10 ); iFY]0@yt
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); H)-L%l|9
/* --------------------------------------------- */ (gFQK[
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); `;R|V
/* --------------------------------------------- */ <ihhV e
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Gt?!E6^!
/* --------------------------------------------- */ f45x%tha %
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); uV/)Gb*j
/* --------------------------------------------- */ }6F_2S3c
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); NWaI[P
}kpfJLjY
%9fa98>
!x+MVJ]
看了之后,我们可以思考一些问题: h4B+0
1._1, _2是什么? <#:Ebofsn
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 _Jt_2o%G
2._1 = 1是在做什么? mOABZ#+Fk
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 "87O4
#$
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。 a>#d=.
(v9!g#
0q-0zXlSL
三. 动工 o<9yaQ;
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: _gis+f/8h
2&3eAJC
`kI?Af*;v
!]n{l_5r
template < typename T > uMljH@xBc
class assignment 2y&_Z^kI?
{ UXXqE4x
T value; zEnC[~W
public : fq)Ohb
assignment( const T & v) : value(v) {} >^2ZM
template < typename T2 > e/g<<f-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Nn~tb2\vk
} ; `HMligT
Te{aB"B
^R&_}bp
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 <T4 7kL I
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ZdJVs/33Vn
yHV^a0e7EH
E`
:ZH
h+ `J=a|\
class holder 5x93+DkO\
{ eUGmns
public : r? 6Z1
template < typename T > 8+@1wks
assignment < T > operator = ( const T & t) const R]V~IDs
{ \rB/83[;u
return assignment < T > (t); a,F8+
Pb>
} \{Ox@
} ; j};pv 2
>vNk kxWyQ
sWqPw}/3>
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: tIg CF?
a!SR"3 k
static holder _1; KBUAdpU8
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 83p$!8]u
s~IA},F,\
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 );
h;:Se
而不用手动写一个函数对象。 g(z#h$@S
^"6D0!'N
=B,_d0Id
=]2RC1#}e
四. 问题分析 MfZ}xu
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。 ~0Q\Lp);
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。 @5dBb+0J
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 &D&5UdN
x
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 PG-cu$\??
下面我们可以对这几个问题进行分析。 !$ J)
iPtm@f,bI
五. 问题1:一致性 CU7iva
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?| PEwW*4Xo
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 }(vOaD|k=
^|a&%wxA
struct holder _z_3%N
{ s`$_
// R+@sHsZ@
template < typename T > qU
/Wg
T & operator ()( const T & r) const O
#p)~V8~
{ i &SBW0)
return (T & )r; [h2p8i'o
} " N`V*0h
} ; uV*f[l
>k&lGF<nl
这样的话assignment也必须相应改动: eW }jS/g`
JXI+k.fi
template < typename Left, typename Right > ~$TE
class assignment iX9[Q0g=oQ
{ "cz]bCr8
Left l; ^0BF2&Zx
Right r; s/p>30Fg
public : 9b=^"K
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 2kmna/Qa6
template < typename T2 > sL[(cX?;2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } j_YZ(: =
} ; 8zB+%mcF
EcS-tE4%
同时,holder的operator=也需要改动: bW 79<T'+
ko7-%+0|]
template < typename T > ,:Rq
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 6lH>600]u
{ @Tm0T7C
return assignment < holder, T > ( * this , t); 0I
ND9h.%
} Z:o'
+oh
v'2OHb#
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。 \VhpB
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ah&plaVzC
MM58w3Mz
return l(rhs) = r; #VMBn}
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%M>,wT
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: BzG!Rg|J
fAA@ziKg
template < typename Tp > ss M9t
class constant_t d9e H}#OY
{ JwG5#CFu^
const Tp t; nH3b<k;S
public : 0 S`b;f
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} oT5rX
,8
template < typename T > JXa%TpI:
E
const Tp & operator ()( const T & r) const :N'[de
{ h}VYA\+<B
return t; jJ{
w -$
} iTBhLg,
} ; `
a<|CcUGU
@0@'6J04
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 "=5vgg3
下面就可以修改holder的operator=了 `efH(
hcqmjqJ
template < typename T > %+OPas8C
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const cK}
{ V~^6 TS(
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); _$jJpy
} !E.lyz
[8J}da }
同时也要修改assignment的operator() Zo638*32
p=5H^E m1
template < typename T2 > |(8Hk@\CT>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } )bN3-_
现在代码看起来就很一致了。 cd%g]T)#1
2W-NCE%K)T
六. 问题2:链式操作 ^} pREe c=
现在让我们来看看如何处理链式操作。 p-03V"^&
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 gZ%O<XO
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 qFsg&<
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 o4
OEA)k)=
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Y
Z2VP
j!8+|eAkk
template < typename T > kk7:A0._
struct result_1 ~X(xa
{ w!9W Cl]9M
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; k^%ec3l
} ; ,8 NEnB
l$~bkVNL
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: 7|eSvC
+Q#Qu0_
template < typename T > {zN_l!
struct ref 5$G??="K
{ Xq)%w#l5?
typedef T & reference;
q>oH(A
} ; />I8nS}T
template < typename T > 0*M}QXt
struct ref < T &> xr-`i
{ _CwQ}n*
typedef T & reference; %+W
>+xRb
} ; 1kw4'#J8
%IXW|mi
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: %L|bF"K5;
$U.'K!B
template < typename T > *t*&Q /W
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const zMqEMx9
{ \B ^sJ[n
return l(t) = r(t); tNf" X!
} A
=#-u&l
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。 ?{P6AF-xcf
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 scEQDV
r{jD,x2
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 "@?kxRn!
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Nn7@+g)
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 8t
\>
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 x{o5Ha{
最后的布局是: ?Pw\&q
Add _5`S)G{
/ \ %~(i[Ur;
Divide 5 X',0MBQ0
/ \ q _|5,_a
_1 3 2/q=l?
似乎一切都解决了?不。 +7OT`e
%q
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。 exKmK!FT
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。 4'b]2Mn3
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: v!9Imf
i1Sc/
template < typename Right > ga9:*G!b{)
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const =0yJ2[R7Do
Right & rt) const &