一. 什么是Lambda %Nwap~=H;
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ~k/'_1)c
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, MH.,dB&
H1yl88K
@.yp IE\
e4b`C>>
class filler >2x[ub%$L
{ elG<\[
public : b6RuYwHWV0
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} w=vK{h#8
} ; D.kLx@Z
#(j'?|2o%
J(ZYoJ
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: T6=, A }t-
oTS*k:
C'
(TM1(<j
26B]b{Iz{
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 5D8V)i
W=|sy-N{2
z|^:1ov,
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 RZ#b)l
*v
1hMk
vOy;=0$
0-M.>fwZ=
二. 战前分析 .t*MGUg
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。 g
VX
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 Cp`)*P2
JWoNP/v6
i2j_=X-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %ZF47P%6
/* --------------------------------------------- */ tGDsZ;3Yr
vector < int *> vp( 10 ); ZX[@P?A+-
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); .;&c<c|
/* --------------------------------------------- */ HR]*75}e
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); =&jLwy
/* --------------------------------------------- */ [0<N[KZ)
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ))- B`vi
/* --------------------------------------------- */ #\3(rzQVO
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); hC2 @Gq
/* --------------------------------------------- */ >Vc;s!R
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 5V5Nx(31i
0`VA}c
VN6h:-&iY
+AkAMZ"Mg
看了之后,我们可以思考一些问题: W:
R2e2
1._1, _2是什么? %ub\+~
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。 +LFh}-X{_
2._1 = 1是在做什么? 7vO3+lT/Y;
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。 Xy/lsaVskX
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。 kEiWE|
K,_d/(T4
'b(V8x
三. 动工 4+46z|
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: s[6y|{&ze
C]H'z
.rpKSf.
**p|g<wvY*
template < typename T > bit@Kv1<C
class assignment ~Y;_vU
{ 9?W!E_
T value; f4{O~?=
public : 0P)"_x_
assignment( const T & v) : value(v) {} ^}Vx5[
template < typename T2 > (b!`klQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ,Hq*zc c
} ; v:.`~h/b
CjeAO 2
sUl/9VKl
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 '1rHvz`B/"
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment [@K#BFA
N-C=O
+E5EOo{ `|
{Ee[rAVGp
class holder nG Bjxhl
{ Owt|vceT
public : b@9>1d$
template < typename T > ~#
~XDcc
assignment < T > operator = ( const T & t) const d4(!9O.\
{
a@mMa {
return assignment < T > (t); [*i6?5}-
} R>|)-"b( `
} ; 4\Nt"#U)g
j=>:{`*c
(}^Qo^Vr
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: )TH~Tq:
Y#[Wv1hi
static holder _1; .LQvjK[N
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 >S]_{pb
A]x'!qa@=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Rq,ST:
而不用手动写一个函数对象。 7"|j.Yq$H{
k2axGq
L~Hgf/%5
/C: rr_4=
四. 问题分析 ~4MUac^w
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。 V(/=0H/ F
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。 ]E8S`[Vn
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 +WGL`RP
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 #"3az8u
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Z,x9 {
M?yWFqFt9m
五. 问题1:一致性 W5#5RK"uX
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?| d7O\p(M1
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 kVG]zt2
ww0m1FzX
struct holder fxR}a,a
{ BAUo`el5
// jT6zpi~]E
template < typename T > q%^vx%aL\
T & operator ()( const T & r) const .*0`}H+_
{ c[a1
Md&
return (T & )r; G\HU%J
} Dq~PxcnI
} ; 1!;}#m7v
RR8Z 9D;
这样的话assignment也必须相应改动: Qey6E9eCA
I,0]> kx
template < typename Left, typename Right > |H(Mmqgk
class assignment UdSu:V|
{ .x^`y2'U
Left l; $S|2'jc
Right r; k*;2QED
public : VB?mr13}G
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ,;_D~7L
template < typename T2 > ;7F|g
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } gUrb\X
} ; gw1|
?C
d\cwUXf
J
同时,holder的operator=也需要改动: CwV1~@{-
!Qg%d&q.Sx
template < typename T > E9Q?@' h
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const K7x,>
{ -CTsB)=\,
return assignment < holder, T > ( * this , t); x%;Q
/7&$
} >%"Q]p
mndUQN_Gb
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。 \I\'c.$I.Y
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 FC= %_y
`B`/8Cvg
return l(rhs) = r; x+O}R D*G
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。 }}GBCXAf_
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Y=gj{]4
GQ-owH]
template < typename Tp > VesO/xG<
class constant_t r|Y|uv0
{ t;DZ^Z"{
const Tp t; C/P,W>8
public : RRD\V3C84
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ]`D(/l'
template < typename T > {PM)D [$i
const Tp & operator ()( const T & r) const 3I_"vk
{ OpwZTy}1}
return t; ?80@+y]
} Sa&~\!0t
} ; O=1uF
}lgqRg)F9[
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 b'$j* N
下面就可以修改holder的operator=了 jl<rxO?-F
o} #nf$v(
template < typename T > AJrwl^lm
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const S,5>g07-`
{ _"Q
+G@@
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 1K'0ajl1A
} y+RT[*bX5o
ZkYc9!anY
同时也要修改assignment的operator() r'hr'wZ
F9e$2J)C
template < typename T2 > XN"V{;OP1
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } {6<7M
现在代码看起来就很一致了。 xPh%?j?*v
.2hQ!)+
六. 问题2:链式操作 VEd#LSh
现在让我们来看看如何处理链式操作。 {KL<Hx2M
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。 Sv-}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。 [E(DGt
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。 CF^7 {g(y_
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct yXNE2K
K0]'v>AWr
template < typename T > IxCEE5+`%
struct result_1 dUn8Xqj1
{ @yaBtZUp3
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; n?pCMS|
} ; mW 5L;>
+D4Nu+~BSN
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: j:|60hDz^
`q e L$`
template < typename T > VzpPopD,QW
struct ref 7F`QN18>(
{ _\"P<+!
typedef T & reference; (k
M\R|
} ; nl5K1!1
template < typename T > )1j~(C)E8
struct ref < T &> i TD}gC
{ ,-c(D-&
typedef T & reference; c0<Y017sG
} ; $t1]w]}d
6kT
l(+
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: f\~e&`PV
qB]z"Hfq,
template < typename T > q) /;|h
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 6FSw_[ )
{ p/lMv\`5
return l(t) = r(t); /~7H<^}
} nB,FJJ{kb
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。 >o 3X)
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 #jr;.;8sQ
j#&sZ$HQ4
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 9qXHdpb#g"
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ]vQo^nOo
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 +@%9pbM"z
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 M|d[iaM,
最后的布局是: Yc?t aL)
Add 6{lWUr
/ \ D{'Na5(
Divide 5 z8Dn<h
/ \ AV d
_1 3 mSwOP
似乎一切都解决了?不。 TWx<)
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。 tO[+O=d
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。 mkE*.I0=
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: a' #-%!]
ts?b[v
template < typename Right > d'[aOH4}
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const :jp?FF^j;
Right & rt) const 6-KC[J^Xo
{ #Z$6>
Xt
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); QwT]|
6>
} bk6$+T=>
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 _\]D<\St
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。 x;Gyo
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。 t_]UseP$RF
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 R@VO3zs W
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。
6{7O
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? Jh466;
E
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: m]"YR_
}(o/+H4
template < class Action > -S,dG|
class picker : public Action =r-Wy.a@
{ [tD*\\IA
public : er#we=h
picker( const Action & act) : Action(act) {} o~4n8
// all the operator overloaded t91CxZQ^s
} ; rM=Hd/ki5
f "&q~V4?
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 ok6e=c '
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ~36c0 =
8OFrW.>[
template < typename Right > bR8)s{p6
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const
E,6E-9
{ .ERO*Tj
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); =oh6;Ojt
} ^_=0.:QaW
|Q I3H]T7
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ]cA~%$c89s
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。 P)\f\yb
^|K*lI/
template < typename T > struct picker_maker "LxJPt\
{ C,<TAm
typedef picker < constant_t < T > > result; 4xYo2X,B
} ; nb|MHt PX
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > '~2v/[<`}
{ fZ376Z:S$
typedef picker < T > result; *ap#*}r!Nk
} ; n=>Gu9`
iIF'!K=q
下面总的结构就有了: A+}4N%kh
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。 l2v}PALs
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。 XM 7zA^-
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 y]+A7|
至此链式操作完美实现。 y@Or2bO#
e=R}
4`
Y~:7l5C
七. 问题3 :_H88/?RR
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。 a,E;R$[!
vJ'ho
template < typename T1, typename T2 > w:N2
xI
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const POG5x
{ >mV""?r]
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); oaK~:'
} x('yBf
;i:7E#@
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: !INr
HkN +:
template < typename T1, typename T2 > I|5OCTu
struct result_2 w '"7~uN
{ yh)q96m-V=
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; :h3JDQe:.
} ; ?l (hS\N,
hJ@nW5CI
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? dWUu3
这个差事就留给了holder自己。 Ll`apKr
6{~I7!m"
5 9vGLN!L
template < int Order > 4jW{IGW
class holder; 3YRzBf:h
template <> ;$i'A&)OC
class holder < 1 > vK C>t95
{ 6p@ts`#
public : GND[f}
template < typename T > 6uyf
struct result_1 qSd
$$L^
{ ZZ(@:F
typedef T & result; ;gyE5n-{
} ; Vh8uE
template < typename T1, typename T2 > WKf~K4BL>
struct result_2 Cw}\t!*!
{ ;D1IhDC
typedef T1 & result; k.ZfjX"
} ; cjXwOk1:s
template < typename T > AL0Rn e N
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 'w2;oO
{ !iw
'tHhR
return (T & )r; (AYD@
} EHZSM5hu
template < typename T1, typename T2 > H.L@]~AyL
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const _+En%p.m
{ bv/b<N@4?$
return (T1 & )r1; 1%,Z&@^j
} Y"qY@`
} ; K5SO($
Q\76jD`m\
template <> v,&2!Zv
class holder < 2 > Z-@}~#E
{
.D.Rn/
public : L
~w=O!
template < typename T > B/OO$=>(
struct result_1 7,TWCVap
{ Kxn7sL$]=F
typedef T & result; ^&iV