一. 什么是Lambda \8C*O{w
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 <O`q3u'l
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, eog,EP"a8Y
7W>}7
*$WiJ3'(m
HzO0K=Z=R0
class filler W4] 0qp`\
{ !O%f)v?
public : :67d>wb
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} PauFuzPP
} ; wtgO;w
hc4`'r;
y(p:)Iv
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: ,_X,V!
4HYH\ey
JY,l#?lM{
-7Y'6''~W.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); "> 4[+'
wxr}*Z:ZMa
:XZJx gx
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 oVj A$|
S+\Mt+o
\2LA%ZU
X|QX1dl
二. 战前分析 xBx?>nN
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。 @+Anv~B.
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 <pa];k(IQL
A<G ;
[4(A458H
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); !nD[hI8P
/* --------------------------------------------- */ g5TLX&Bd
vector < int *> vp( 10 ); ysP/@;jC
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); "r `6c0Z
/* --------------------------------------------- */ 0z2R`=)
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); (V|q\XS
/* --------------------------------------------- */ K|' ]Hje\
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); CI]U)@\U
/* --------------------------------------------- */ '&L
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); &^Q~G>A
/* --------------------------------------------- */ p`V9+CA
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); <k8rSxn{
s_e#y{{C2
Y~\xWYR
K
{N;k-
看了之后,我们可以思考一些问题: ,Y/>*,J
1._1, _2是什么? <PA$hTYM
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 K Qy\l+\gM
2._1 = 1是在做什么? hFF&(t2{^
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ~d1RD
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 i3\oy`GJ
G37L 9IG-M
p<.!::* %(
三. 动工 m`w6wz
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 4w
^{,},
i
J'oz P^N
91'^--N
template < typename T >
(Y?yGq/
class assignment S)1:*>@
{ D}=i
tu
T value; J-,X0v"
public : O4+w2'.,
assignment( const T & v) : value(v) {} 7VD7di=D
template < typename T2 > nFOG=>c}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } R}YryzV5
} ; D.JVEKLkU
J~ rC
#nL0Hx7]E
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Hqy>!1!
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Nr7.BDA
'Z%aBCM
=
ft$j
;:YjgZ:+Q]
class holder T{kwy3
{
B#lj8I^|
public : DD3yl\#,
template < typename T > )%W2XvG
assignment < T > operator = ( const T & t) const 8U$UI
{ jWjK -q@Y
return assignment < T > (t); v\T1,Z@N^
} \YyU5f7';
} ; Ji:@z%osr
2{qG
Cd*C^cJU&z
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: )x $Vy=
|iThgq_\z
static holder _1; f\_Q+!^
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 y(g
Otg
`
R-np_
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Rla*hc~
而不用手动写一个函数对象。 `t"Kq+
X'p%$HsMG
.=<pU k 3G
) FsSXnZL
四. 问题分析 $G.|5sEk
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 %}MM+1eu
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 )O'<jwp$
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 f;6d/?= ~
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 yL,B\YCf8
下面我们可以对这几个问题进行分析。 1Vvx@1
z{_Vn(Kg
五. 问题1:一致性 UeTp,
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?| ?=Qg
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 clV/i&]Qa
k18V4ATE]
struct holder vK/Z9wR*05
{ U5s]dUs (
// 'GT`%c k
template < typename T > CawVC*b3
T & operator ()( const T & r) const X~b+LG/
{ @AyW9!vV;3
return (T & )r; ZPog)d@!
} tV%\Jk),
} ; W u{nC
.;Yei6H
这样的话assignment也必须相应改动: NV ~i4R*#
Hc3/`.nt
template < typename Left, typename Right > e6a8ad
class assignment @K>Pw arl
{ |bUmkw
Left l; G*V
7*KC
Right r; NsK >UJ'
public : nr6U>
KR^
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} x=+H@YO\
template < typename T2 > !9Ni[8&Fg0
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } %8}w!2D S
} ; <FLc0s
~)(Dm+vZ
同时,holder的operator=也需要改动: gW%(_H mX
a2n#T,kq&
template < typename T > EPfVS
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ZmF32Ir
{ J>|`
return assignment < holder, T > ( * this , t); ~0:c{v;4
} (b5af_ c
3_:k12%p
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。 KLB?GN?Pb
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ax }Xsk_
]P5u:~U
return l(rhs) = r; e70*y'1fu
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。 %oQj^r!Xd
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: KO7cZME
s^<
oU
template < typename Tp > P]^]
T}5
class constant_t 4(]('[M
{ HX^
P9jXT
const Tp t; m\Nc}P_"p
public : ' JVvL
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 3Q;l*xu
template < typename T > .$;GVJ-:5
const Tp & operator ()( const T & r) const Dbd5d]]n3
{ =0|evC
return t; s6IuM )x
} *O2j<3CHf
} ; uLht;-`{n
r6<}S(
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ,@MPzpH
下面就可以修改holder的operator=了 \Ld7fP
chbs9y0
template < typename T > X+jSB,
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Vy VC#AK,
{ /PlsF
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); xR3A4m
} "a7d`l:
:7zI!edu
同时也要修改assignment的operator() 64cmv}d _
;2~Q97c0
template < typename T2 > YFY)Z7fK
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } x~.U,,1
现在代码看起来就很一致了。 V2X(f6v
-fv.ByyA
六. 问题2:链式操作 J %t1T]y~
现在让我们来看看如何处理链式操作。 jrR~V* :k
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ycN_<
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。
I._=q
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 a;sZNUSn
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ?u|g2!{_
>F
v8 -
template < typename T > AseY.0
struct result_1 !ywc). ]e
{ dLq!t@?iu>
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; -1:asM7
} ; #,Y}
Z:{Z&HQC
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: Z^'; xn
AHb
template < typename T > K.SHY!U}
struct ref l/5/|UE9
{ `N0E;=g
typedef T & reference; Et(prmH
} ; P:+:Cm<
template < typename T > Syb:i(Y
struct ref < T &> iGIaZ!j aW
{ SF7Kb `>Y
typedef T & reference; 622).N4
} ; pWqahrWh
l;ugrAo?
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: !ibp/:x
e;$s{CNo
template < typename T > L [^e<I
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const *4bV8T>0Z
{ ]z,?{S
return l(t) = r(t); nHX@
} N'StT$(
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 (~#9KA1A}
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 FVHL;J]nf1
_\6-]
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 R;%iu0
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 9/Ls3U?
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 R?(j#bk
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 GUxhCoxb
最后的布局是: &fcRVku
Add Nb6HM~
/ \ QB7<$Bp
Divide 5 {!w]t?h
/ \ l6~eb=u;9g
_1 3 p5*Y&aKj
似乎一切都解决了?不。 Ok@5`?08
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。 R*U>T$
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。 RK,~mXA
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: Z7Kc`9.0|
5R4 dN=L*1
template < typename Right > Gs%kqD{=
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const iR9iI!+;N
Right & rt) const _>*"6
{ KLk37IY2\
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); JGtdbD?Fw
} zK&`&("4C
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Je/R'QP^8
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。 Y<B| e91C
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。 TS;MGi0`}
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。 y~\z_') <>
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。 B\6\QQ;rUo
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? \<5xf<{
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: <(v!Xj^yO
8ViDh
template < class Action > "}n]0 >J
class picker : public Action ]k hY8it
{ V\
|b#?KL
public : 09Fr1PL
picker( const Action & act) : Action(act) {} TCVJ[LbJ
// all the operator overloaded |Bjb
} ; ?h{ &
;RR)C@n1
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。 8WAg{lVs
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: ykZ)`E]P`
<v\|@@X
template < typename Right > *StJ5c_kg2
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const A9"ho}<
{ -kJ`gdS
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 8?PNyO-Wt5
} }&=C*5JN
fE(rDQI
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > A >e%rx
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。 4 1Ru@
N-^\e)ln
template < typename T > struct picker_maker j,~h:MT
{ %l>^q`p
typedef picker < constant_t < T > > result; ^P[-HA|
} ; p%}oo#%J
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ZY83,:<
{ 'p<(6*,"
typedef picker < T > result; yPL@uCzA@
} ; k]v a
?g!)[p`v
下面总的结构就有了: :wIbKs.r
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。 mF
"ctxE
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。 J<'4(}^|
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 [g<JP~4]
至此链式操作完美实现。 /vBp Rm
HxkhlNB
spJB6n(
七. 问题3 #q%&,;4
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。 c(o8uWn
oM< 9]jK}
template < typename T1, typename T2 > GSypdEBj+w
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const $Q62
7
{ Mq$e5&/
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 2 Y%$6NX
} nH;^$b'LZ
:}Z+K*%o-
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: s{gdTG6v`
!fZxK CsQ
template < typename T1, typename T2 > v,kedKcxv'
struct result_2 ~}uTC36C\
{ }v`5
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; BwbvZfV|
} ; n]|[|Rf1
4\t9(_
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? daaurT
这个差事就留给了holder自己。 9= :!XkT.
v-OaH81&R
P>:"\I[
template < int Order > `/"TYR%
class holder; Jcm"i~
template <> S/8xo@vct]
class holder < 1 > d<xBI,g
{ @dGj4h.
public : GQq2;%RrF
template < typename T > lE /"
struct result_1 s@0#w*N
{ r6"t`M
typedef T & result; PX+$Us
} ; z1s9[5
template < typename T1, typename T2 > U)N;=gr\
struct result_2 rNdap*.
{ ;+cZS=
typedef T1 & result; w
J; y4
} ; kZfO`BVL
template < typename T > _Nlx)Y R
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const gzxLHPiw
{ ?k#-)inf)
return (T & )r; =xg pr*
} DT;Hr4Z8^"
template < typename T1, typename T2 > {um~]
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const hmQD-E{Ab
{ dKhDO`.s
return (T1 & )r1; Y!}BmRLh2
} {R\ "x|
} ; rT <=`9^{
c/b}39X
template <> BJ1txdxvS
class holder < 2 > ^,@Rd\q
{ t-e:f0iz
public : m;k' j@:
template < typename T > @32JMS<
struct result_1 nx84l 7<
{ [26"?};"%
typedef T & result; LC2t,!RRl&
} ; YEQ}<\B\&
template < typename T1, typename T2 > [
q22?kT
struct result_2 y1B3F5
{ J1hc :I<;
typedef T2 & result; *o`bBdZ
} ; Jk 0;<2j
template < typename T > ^I@43Jy/
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const [{L4~(uU8
{ }"E?#&^
return (T & )r; !Hxx6/
} P'R!"
#
template < typename T1, typename T2 > 7C
F-?M!
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ?FxxH*>"
{ :k#Y|(
return (T2 & )r2; }qRYXjS
} bR(rZu5
} ; H4MFTnJ{
d?.ewsC
8W9kd"=U
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 "xi)GH]H_
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: )L<NW{
首先 assignment::operator(int, int)被调用: n'K,*
3t)07(x_B
return l(i, j) = r(i, j); P_
U[OM\
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) glm29hF
,)[u<&
return ( int & )i; XnV*MWv
return ( int & )j; k7'_
最后执行i = j; "l"zbW WOH
可见,参数被正确的选择了。 De6WC*trq
qn5e[Vn
KQ9~\No]
W c{<DE?J
)k&<D*5s
八. 中期总结 \GO^2&g(
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: r8A
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 g:7S/L0]
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 <-D>^p9
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor OTY9Q
Usx8
U
N`h, 2!(j
:?S1#d_
V>>"nf,YO
,6uON@
九. 简化 5B<