一. 什么是Lambda OkQ<
Sc
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 _Rjbm'kC
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, 9r\p4_V
Se??E+aX
85"Szc-#
m6
M/G
class filler g#{7qmM
{ d>J
+7ex+
public : KDg%sgRu}
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} /FXb,)1t
} ; 1 h(n}u
;(E]mbV'=
1|
WDbk
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: MIr[_
Xl$r720ZJr
E\4ZUGy0
~]%re9jGW
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); rr1,Ijh{D
f~?5;f:E
Yc[vH=gV}
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 y1Br4K5C
I&8!V)r)
#( 4)ps.
N["M "s(N
二. 战前分析 J|V*g]#kP
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 3 P\4K
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 J'#o6Ud
SPTx-b[
=`}|hI
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); P5XUzLV
L
/* --------------------------------------------- */ 1(aib^!B
vector < int *> vp( 10 ); MkZoHzg}c
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); %> YRNW@%
/* --------------------------------------------- */ yYJ +vs
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); sAX4giaLD
/* --------------------------------------------- */ ]*DIn1C^
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); &z\?A2Mw%
/* --------------------------------------------- */ 2sBYy 8.r
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); B_c-@kl
/* --------------------------------------------- */ AA|G&&1y
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); z2.OR,R}]
ODCN~7-@
\ 511?ik
k fOd|-
看了之后,我们可以思考一些问题: vKbGG
1._1, _2是什么? +^,&z}(
Ak
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 }i;!p
Ue$
2._1 = 1是在做什么? !9zs>T&9a\
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。 0}_1ZU
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。 sZa>+
r_^]5C\
1- GtZ2
三. 动工 $KRpu<5i}
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: YTe8C9eO
XX1Iw {o9:
w(%$~]h
0a$hK9BH
template < typename T > gU@.IOg
class assignment 8(6mH'^y
{ n?^X/R.22
T value; >Co@K^'
public : rt! lc-g%/
assignment( const T & v) : value(v) {} 7BgA+Fz
template < typename T2 > QUdF`_U7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } u"q!p5P%q
} ; Qz A)HDQ
f,+ONV]5Tt
(aq^\#9btO
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 XKBQH(
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment L#T`h}1Z
scEE$:
6~Zq
~:4Mf/Ca
class holder ]\=M$:,RZ
{ FefS]G
public : {M0pq3SL*t
template < typename T > uc;,JX!bN
assignment < T > operator = ( const T & t) const }PzYt~Z`@
{ =H^^A G\}
return assignment < T > (t); mhnK{M @56
} W-"FRTI4
} ; P4"EvdV7
}'TZ)=t{J
TSd;L
u%hr
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: !B*d,_9c
s9YP
=)I
static holder _1; !8%{(;(
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 aQfrDM<*XS
""F'Nzy
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); h,Tsb:Q"M
而不用手动写一个函数对象。 1QDAfRx
( /_Z^m9
)Chx,pcx<
/aMeKM[L`
四. 问题分析 T CO^9RP<
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 "IsDL^)A9
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 "(y| iS$^T
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 A!5)$>!o
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Z}6H529[
下面我们可以对这几个问题进行分析。 b"#|0d0
L}U fd >*
五. 问题1:一致性 W-U[7n
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?| $30lNZK1m8
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 uw&'=G6v
@MGc_"b
struct holder uJHf6Ye
{ >RT02Ey>
// n&uD=-
template < typename T > @k2nID^>
T & operator ()( const T & r) const }3mIj<I1;
{ 8|p*T&Cn&
return (T & )r; a?9Ka!O4s
} V,Br|r$l(
} ; 4qEeN-6h
JS1''^G&.
这样的话assignment也必须相应改动: [VwoZX:
(%EhkTb
template < typename Left, typename Right > IE9A _u*
class assignment i(XqoR-x
{ 7L&=z$U@m
Left l; }Pe0zx.Ge
Right r; {oN7I'>
public : hGvuA9d~
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} pVm'XP
template < typename T2 > as6YjE.Yy
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; }
fg1["{\
} ; snyg
_[.3I1kG
同时,holder的operator=也需要改动: [Y]\sF;J
y"SVZ} ;|
template < typename T > qS|t7*
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const sIh,@b
{ +V6N/{^5
return assignment < holder, T > ( * this , t); $n?@zd@53
} ,;yiV<AD
OL|UOG
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 "(rG5z3P
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 NrdbXPHceN
.DSmy\FI5
return l(rhs) = r; L?e N(L
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 %<w)#eV?
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ']ussFaQ
`PR)7}/<
template < typename Tp > ?F9:rUyN
class constant_t r9uuVxBD
{ !bG%@{W T
const Tp t; />zE$)'M
public : 3Vl?;~ :5
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} jn9KQe\3
template < typename T > iWZrZ5l
const Tp & operator ()( const T & r) const V'4sOn
{ Q}M%
\v
return t; r0)X]l7
} \j]i"LpWb
} ; }?=$?3W
.* xaI+:
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 wh@;$s"B
下面就可以修改holder的operator=了 SablF2doa
BV X6
template < typename T > &i,xod6$
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const gzthM8A
{ dk9'C
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); }Q?,O
} "-+5`!Y
j\D_Z{m2
同时也要修改assignment的operator() |BGQ|7DyG
hX~d1.]Y
template < typename T2 > y pv~F
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } OFTyN^([@
现在代码看起来就很一致了。 }Zue?!KQ
I=)u:l c
六. 问题2:链式操作 0[JJ
现在让我们来看看如何处理链式操作。 p] V
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。 YULI
y-W
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。 CD'.bFO^+T
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。 *eAsA(;
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct #%xzy@`
EencMi7J
template < typename T > c-L1 Bkw
struct result_1 s=&&gC1
{ 5
#)5Z8`X
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 6.| {l8%r
} ; :O}= $[
]E\o<"#t/
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ao]Dm#HiO
'Tni;
template < typename T > m?]XNgT
struct ref b Z0mK$B
{ p^~AbU'6~
typedef T & reference; @-9I<)Z/2
} ; "|yuP1;L
template < typename T > Qx-/t 9`!Z
struct ref < T &> 3: 'eZcM
{ oz(V a!
typedef T & reference; ab5 a>w6}
} ; /*)zQ?N
~.?,*q7
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: pPSmSWD?
=ILE/pC-|
template < typename T > *"\QR>n
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ]uN}n;`12
{ Fy^=LrH=D
return l(t) = r(t); $^F
L*w
} n
7Mab
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 AM4lAq_
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 18ApHp
8LI,'XZ
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 1PD{m{
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: WdEVT,jjh
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 038|>l-9[
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 :C*7DS
最后的布局是: 50#iC@1
Add zO BLF|L=
/ \ j\kT
H
Divide 5 04`2MNfxG
/ \ \':'8:E
_1 3 ZS*PY,
似乎一切都解决了?不。 R_IUuz$e
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。 ,@mr})s
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。 ?RyeZKf
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: &M p??{g
=P}ob eY
template < typename Right > $l05VZ
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 9Z.Xo kg
Right & rt) const V2As 5
{ fhGI
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); TPjElBh
} By&T59
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 'MLp*3djF,
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 Y.XNA]|
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。
n7g}u
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 u^HC1r|%
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 ^U"$uJz!c
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? #NU@7Q[4
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: P%VEJ5,]b
5bKBVkJ'
template < class Action > wKxw|Fpn
class picker : public Action Nm;yL
{ F|+Qi BO
public : =lB+GS%
picker( const Action & act) : Action(act) {} <'n'>@
// all the operator overloaded )ry7a
.39b
} ; US5 ]@!
"DN0|%`M/
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。 SlU?,)J}
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: muh[wo
=<yMB d\
template < typename Right > ENZjRf4
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const -|K^!G
{
Iw)}YZmn
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ;a"g<v
} Yatd$`,hW
5`Q*
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > s7(NFX5
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 \wMqVRPoQ
6T"4<w[
template < typename T > struct picker_maker ``X1xiB
{ RT+pB{Y
typedef picker < constant_t < T > > result; R;mA2:W)x
} ; W|X=R?*ZK
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > J,iS<lV_
{ Q]/ZVcoqo
typedef picker < T > result; C K#^`w
} ; <}uhKp>*
,7HlYPec
下面总的结构就有了: -!o*A>N
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 N>pTl$\4
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。 2VpKG*!\
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 W&g