一. 什么是Lambda z@iu$DZ
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 @2cGx/1#
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, ;0( |06=
*6=2UJcJ
,{MA90!
`O ?61YUQH
class filler A I}29L3C
{ fT9$0:eO
public : 422d4Zu
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ~ \z7$9Q
} ; }"BXqh"\`
gf7%vyMo$
tYK
5?d
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: JK34pm[s
7KXc9:p+
>xb}AY;
m?VA 1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); GY%lPp
Z_Ffiw(p
fw Ooi'jb
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 p3>p1tC
*J,VvO9
T!u&r
:1NF#-2\f
二. 战前分析 %H Pwu &
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。 ~fbFA?g3
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 ^u`1W^>
*f{\ze@5=
,\ [R\s
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); YMx]i,u'+
/* --------------------------------------------- */ f-&4x_5
vector < int *> vp( 10 ); #lXwBfBMf
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); :23w[vt=
/* --------------------------------------------- */ ;DbEP. %u$
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); xwoK#eC~F
/* --------------------------------------------- */ +Z99x#
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); da<B6!
/* --------------------------------------------- */ @."_XL74
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); PoTJ4z
/* --------------------------------------------- */ {2QCdj46
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); mDZ/Kp{
o|FjNL
Hy}oSy26
30 e>C
看了之后,我们可以思考一些问题: AlF"1X02
1._1, _2是什么? Q |,(C0<G
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。 If[4]-dq
2._1 = 1是在做什么? 8>Az<EF^=#
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。 P]w5`aBM
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。 "X<vgM^:
6 z(7l
ObJgJr
三. 动工 %<c2jvn+k
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: mX2i^.zH
! f!/~M"!
L[;U
Z)V@
2loy4f
template < typename T > h$]=z\=
class assignment fg"]4&`j-
{ +P YX.
T value; jFS])",\i
public : W6STjtT3P
assignment( const T & v) : value(v) {} Itaq4 ^CE
template < typename T2 > Y~vyCU5nWR
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } W.u+R?a=
} ; UqHk2h-
x~3N})T5
tgk] sQY
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 aTXmF1_n
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment R.nAD{>h*
!V/Vy/'`*
C]/]ot0%t
vl1`s
^}R
class holder lRb|GS.h/
{ v0psth?qV
public : &!Sq6<!v2
template < typename T > W&MZ5t,k=
assignment < T > operator = ( const T & t) const BJA&{DMHm
{ rLP:kP'b
return assignment < T > (t); WTWONO>
} Ss>ez8q
} ; -lICoRO#
vlW521
rf@Cz%xDD
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: C1/qiSHsh
w4I&SLm-b
static holder _1; bxU 2.YC
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 e3T&KyPm?+
5D9n>K4|
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ?xkw~3Yfi
而不用手动写一个函数对象。 gl.uDO%.
::goqajV
S(*u_
YF)uAJ Ak
四. 问题分析 b3j?@31AD
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。 $qndG,([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。 04o>POR
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 K14FY2"
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 jg)+]r/hS
下面我们可以对这几个问题进行分析。 3:H[S_q
Mk=M)d`
五. 问题1:一致性 r1pj-
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?| >]/RlW[
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 w^BF.Nu
C_5o&O8Bc
struct holder Ufw_GYxan
{ kh7RQbNY<I
// ([g[\c,H
template < typename T > kJP`C\4}f
T & operator ()( const T & r) const E}qW'
{ d1[;~)
return (T & )r; U!y GZEU"[
} ;,WI_iP(w
} ; /-FvC^Fj
MP
LgE.n
这样的话assignment也必须相应改动: FqWW[Bgd
e@j&c:p(Y
template < typename Left, typename Right > K$1(HbL
class assignment ?:$aX@r
{ .5_zh;
`
Left l;
]S2F9
Right r; Xh5&J9pw
public : EOj.Jrs~
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} v.Vdjs
template < typename T2 > )G+D6s23
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } dQ.:xu}~
} ; _n~[wb5J
%tK^&rw%
同时,holder的operator=也需要改动: jx=5E6(h
gRsV-qS
template < typename T > t>KvR!+`g
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const w%2|Po5
{ .`ZuUr
return assignment < holder, T > ( * this , t); 6P$jMjs
} uUIjntSF(
~DL-@*&
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 7=wPd4
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ,%^qzoZnT
>?L)+*^
return l(rhs) = r; ~9We)FvU4
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 S\poa:D`
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: [Dq@(Q s'
6,raRg6
template < typename Tp > ;5dA
class constant_t 6Cpn::WW}
{ QJH((
const Tp t; }VU7wMk
public : Can:!48
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} oF(=@UL
template < typename T > j6&q6C X
const Tp & operator ()( const T & r) const F?c:
).g
{ xoB "hNIX
return t; w3>.d(Q
} O>c2*9PM
} ; SB)Hz8<
hpBn_
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 A+QOox]<
下面就可以修改holder的operator=了 Io*mFa?
~a ]R7X7
template < typename T > }Q1m
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const O<\h_
{ qKjUp"
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ).i :C(|
} K&IHt?vh!
gw^X -
同时也要修改assignment的operator() E%&E<<nhZ
rvUJK,oE
template < typename T2 > &0Bs?oq_
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } )VM'^sV?
现在代码看起来就很一致了。 ] vQU(@+I
JTS<n4<a
六. 问题2:链式操作 5T-CAkR{n
现在让我们来看看如何处理链式操作。 6DxT(VU}
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 cs-dvpMZ
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 vO
3-B
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 @wTRoMHPQ
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 2tMa4L%@C
^@-qnU lH
template < typename T > Y-
tK
struct result_1 0ZJN<AzbA
{ 6xW17P
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; >U#j\2!Sg
} ; +9NI=s6
R-]i BL
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 'iikcf*)C
FNHJHuTe
template < typename T > _OY<Hb3%M
struct ref BnPL>11Y
{ qG8-UOUDt
typedef T & reference; '(fCi
} ; FV>xAU$
template < typename T > IWNIk9T,u
struct ref < T &> V5up/ 6b,1
{ 3BK_$Fy
typedef T & reference; g7`uWAxZa
} ; lfe^_`ij(+
e)Pm{:E
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 'l41];_
Vd+5an?
template < typename T > G&,2>qxKR
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const EWp'zbWP
{ W't.e0L<6
return l(t) = r(t); &aWY{ ?_
} 12 S[m~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。 K/D,sH!
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 q@%9Y3
- *_"ZgE
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 e*/ya 8p?
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: G}0fk]%\:
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 mP+rPDGp
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 [+
N 5
最后的布局是: O#@KP"8
Add J%ue{PL7
/ \ Ku<_N]9
Divide 5 &k0c|q]
/ \ gt:Ot0\7
_1 3 (IIOVv
1J
似乎一切都解决了?不。 P#x]3j]
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。 .,( ,<
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。 J>S`}p
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: s[tFaB 1
1`@rAA>h'
template < typename Right > v}^
f8nVR
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const !Z`xwk"!
Right & rt) const -"X}
)N2
{ Rss=ihlM
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); !#Hca
} oQ_n:<3X
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 cwKOE?!
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。 -nKBSls
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。 J6*B=PX=(
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。 Ykt(%2L
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=!ZC=n
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? ey3;rY1
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: hXM2B2[
MESPfS+
template < class Action > aShZdeC*f
class picker : public Action i4*!t.eI
{ 4j
h4 XdH
public : &m>txzo
picker( const Action & act) : Action(act) {} hR3Pa'/i
// all the operator overloaded 0CS80
pC
} ; *|Fl&`2
Or[uq,Dm16
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。 7LdNE|IP
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: S&m5]h!D
Le':b2o
template < typename Right > vy+9Q5@W
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const j])nkm7_
{ ^iwM(d]#5
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Y2Y!^A89
} V7
dAB,:
-hP-w>
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > #pz{,
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。 ofA6EmQ37
v__;oqN0
template < typename T > struct picker_maker dj0`Q:VZ
{ *cn#W]AE
typedef picker < constant_t < T > > result; v^_<K4N`
} ; tHo0q<.oX
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 5`3f"(ay/
{ .5m^)hi
typedef picker < T > result; ^. i;,
} ; X@7K#@5
07dUBoq
下面总的结构就有了: ,.+"10=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。 D3emO'`gQ
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。 vDAv/l9
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 K-}'Fiq
至此链式操作完美实现。 tFd^5A*
4)3!n*I
y[!4M+jj
七. 问题3 b!'
bu
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。 :4D#hOI
K{00 V#
template < typename T1, typename T2 > x{|n>3l`b9
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 7#R&
OQ
{ 7TQh'j
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); S hM}w/4
} ;,h*s,i
IBzHXa>75
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: ptmPO4f
Ueyt}44.e2
template < typename T1, typename T2 > Q nqU!6k@
struct result_2 +C)auzY7N
{ _u :4y4}
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 3&@MZF&
} ; AOaf ,ZF
8
N>Pufr
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? \g}FoN&