一. 什么是Lambda eq7>-Dmi@
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 8'0I$Qa4
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, pLsWy&G
pXoT@[}
n_P2l<F~/x
I_iXu;UX
class filler xC -&<s
{ _{y4N0
public : e<HHgC#J
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} o@DlK`
} ; 5<h:kZ"S^g
]E}eM@xdD
}\hz@G<
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: p JM&R<i:
`(lD]o{,s
fzW!-
9wpV} .(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); U$wD'v3pw
t}f,j^`e
~cb7]^#u1l
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 "\l#q$1h
asKAHVT(
nlR7V.
)|E617g
二. 战前分析 d\j[O9W>
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 *QP+p,L*
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 6"u"B-cz
,?`Zrxe[
3s$vaV~(a
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 9<-7AN}Z
/* --------------------------------------------- */ L3'$"L.|u
vector < int *> vp( 10 ); Xx
e07J~
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1);
3 cF4xUIZ
/* --------------------------------------------- */ !A&>Eeai
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); @ACq:+/Qc
/* --------------------------------------------- */ zF#:Uc`C5U
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); SuFGIb7E
/* --------------------------------------------- */ ,!oR"b!
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); o$KW*aDp
/* --------------------------------------------- */ y}GFtRNG
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); BFn4H%1
b!c2j
,]_<8@R
J6RzN'j
看了之后,我们可以思考一些问题: F`RPXY`ux
1._1, _2是什么? wlw`%z-B2
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。 9UE)4*5
2._1 = 1是在做什么? _j}jh[M
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。 v)%0`%nSR
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。 tDn:B$*}W,
1Y(NxC0P=g
u E<1PgW
三. 动工 {&0u:
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Vl%UT@D|
(u-eL#@
]lZg }7h
eR>|1s%^
template < typename T > V&Q_iE
class assignment fOt?2Bh
{ Ln"D .gpq
T value; vMeB2r<
public : ZFNg+H/k
assignment( const T & v) : value(v) {} u{%dm5
template < typename T2 > BY`vs+]XY
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } *dPG[ }
} ; QHgkfo
(e_ l1O?
^!*nhs%
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 8\Kpc;zb
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment n'qWS/0U=
{B7${AE
K7=>o*p
,U?^u%
class holder A#8J6xcSrL
{ r&ux|o+
public : lkJ"f{4f
template < typename T > a9g~(#?a
assignment < T > operator = ( const T & t) const (qDPGd*1
{ k]9+/$
return assignment < T > (t); tx ,q=.(
} @!p0<&R@x
} ; L*(`ccU
sMgRpem;
O 4'/C]B2
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: ky@ZEp=
=[nuesP'
static holder _1; e3,@prr
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 n<e1=L
mKuY=#R P
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); <ZjT4><
而不用手动写一个函数对象。 y_LFkZ
AwWo,Y399h
|./{,",
;.Y-e
Q,
四. 问题分析 @wcrtf~{)&
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。 .,<w_=
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。 q0 L\{
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 *>E_lWW.
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 {h0T_8L/
下面我们可以对这几个问题进行分析。 o'K= X E
([dJ'OPx$
五. 问题1:一致性 G>,43S!<
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?| <kKuis6h
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 pMd!Jl#(N
X"g`hT"i
struct holder )>,ndKT~
{ ?10L *PD@
// QzS=oiL
template < typename T > mjKu\7F
T & operator ()( const T & r) const QB;jZpF
{ .~X&BY>qP
return (T & )r; KW(^-:wmr
} oaG;i51!
} ; 6G7+&g`
mwO9`AU;
这样的话assignment也必须相应改动: ujS C
w_#C8}2
template < typename Left, typename Right > ){*9$486
class assignment epgAfx-_OH
{ T'!p{Fbg;
Left l; HutQx
Right r; 4Q:r83#
public : sGG
q~7
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Cs2kbG_
template < typename T2 > lf#5X)V
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } =
OzpI
} ; r6vI6|1
mcTC'. 9
同时,holder的operator=也需要改动: E8L\3V4
lUd4`r"
template < typename T > [*1:?mD$
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const M)3'\x:
{ `#4q7v~>oe
return assignment < holder, T > ( * this , t); 'm0_pM1:D
} y+h/jEbM</
Yf_/c*t\5
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。 -J>f,zA
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 d)GR]^=r
o_a' <7\#i
return l(rhs) = r; |k#EYf#Y
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。 pgPm0+N
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: E+cx8(
8>`8p0I$+
template < typename Tp > Oj
'^Ww m
class constant_t $B`ETI9g-N
{ a fLE9
const Tp t; (-xVW#39
public : V/tl-;W
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ki|OowP
template < typename T > vI]V@il
const Tp & operator ()( const T & r) const =R*IOJ
{ p-*{x
return t; 6Ev+!!znu
} Tnas$=J
} ; V`@/"Dj j
Z%JAX>v&B
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 x"A\Z-xxz
下面就可以修改holder的operator=了 =
u&dU'@q
f9t+x+ Z
template < typename T > I#;.;%u
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 3gYtu-1
{ <?h(Dchq
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 1n[wk'}qf4
} a:s$[+'Y
@6*eS+t\
同时也要修改assignment的operator() 3zv0Nwb,
{LT2^gy=
template < typename T2 > f# -\*
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } B<ZCuVWH:
现在代码看起来就很一致了。 D;z!C
ys
9{0%M
六. 问题2:链式操作 c3WF!~1r
现在让我们来看看如何处理链式操作。 i!eY"|o
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 &%tW
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 oJ|m/i)
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 G=l:v
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct xl Q]"sm1
t ?05
template < typename T > 5"bg8hL
struct result_1 [LrO"9q(
{ zb s7G
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; VVfTFi<
} ; 9%2he)Yqc
92~$Qa\S!
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: ?rziKT5OOC
=i6k[ rg
template < typename T > %vbov}R
struct ref _+Z5qUmQ
{ !wC(
]Y
typedef T & reference; /T2 v`Li
} ; ExF6y#Y G<
template < typename T > h@J3+u<
struct ref < T &> nELY( z
{ BU|)lU5)z
typedef T & reference; UG4I@@=
} ;
IFW7MF9V
'<'5BeU
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: b5?k gY
V9cj
template < typename T > _|{Z850AS
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 5g.Kyj|
{ g ;XK3R
return l(t) = r(t); 0}po74x*r
} v^ v \6uEP
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。 At!@Rc
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ) )t]5Ys%;
%'VzN3Q5V
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 J&B5Ll
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: I9xkqj
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 FI~=A/:
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 +G+1B6S
最后的布局是: 7Hj7b:3K&!
Add
bDD29
/ \ E33WT{H&_'
Divide 5 P 6({wx
/ \ 7~;)N$d\
_1 3 w O6>jW
7
似乎一切都解决了?不。 d%K{JkD-
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 (iIzoEpb8W
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 x:h)\%Dg<
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: c2L\m*^o
!#W3Q
template < typename Right > dp4vybJ
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const M.bkFuh
Right & rt) const h8-uI.RZ
{ N#@v`S
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); '8FHn~F
} .v-2A);I
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ?y__ Vrw
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 tI5*0
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 Mb45UG#2
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 ZE1${QFkG
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>sQcZ:
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? rq1zvuUx
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: 0uIBaW3s
&|' NDcp
template < class Action > irP*:QM
class picker : public Action :^`WrcOJ
{ FYb]9MX
public : 4,?beA
picker( const Action & act) : Action(act) {} lkC| g%f
// all the operator overloaded |C5{[ z
} ; JY,oXA6O
FlY"OU*
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。 2fNNdxdbT
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: HrMbp
EQX<<x"
template < typename Right > }:QoY Nq
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const N vTp1kI]
{ G:`So
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); KC%&or
} CrG!8}
J25/Iy*byG
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > *pAB dP+
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。 Z`|\%D%
InRcIQT
template < typename T > struct picker_maker L3 KJ~LI
{ 7Jd&9&O U
typedef picker < constant_t < T > > result; J6ed
} ; t<RPDQ>
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Kaaz,C.$^
{ A
PrrUo
typedef picker < T > result; M
9NT%7Il
} ; .F[5{XV
d/awQXKe7
下面总的结构就有了: P0U&+^W"9
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 4ElS_u^cP7
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 <q Q@OUI
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 E>O@Bv
至此链式操作完美实现。 de[NIDA;`
0-57_";%Q
zQUNvPYM
七. 问题3 P"Z1K5>2L
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 '@IReMl
2=%]Ax"R
template < typename T1, typename T2 > fhNJB0
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const !89hO4 0r
{ gvL*]U7
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); -KfMKN~
} /gex0w
JSaF7(a =
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: tV4wkS=R|
AJ3Byb=.
template < typename T1, typename T2 > cIK4sOTJ&
struct result_2 _1WA:7$C
{ .Yz^r?3t
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; +ZFN8
} ; M&sQnPFH
;ZMIYFXRqh
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? P{Q$(rOe
这个差事就留给了holder自己。 *i!t&s
1u(n[<WtT_
VW;E14
template < int Order > M a3}w-=;
class holder; H6Gs&y