一. 什么是Lambda i2E7$[
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Q!v[b{]8
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, tAUMSr|?
TH &B9
F^-4Pyq@
1\uS~RR
class filler J)o%83//
{ 1,,-R*x
public : 0M?}S~p]
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} }p~%GA.=98
} ; I4'j_X
t
r^)<Jy0|r
T*m_rDDt
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: \BW(c)Q
om6R/K
dQ]j
r.
9 pn1d.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); "/5b3^a
Hw?
J1#1IE
gN%R-e0
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Ai;Pht9qi
75y#^pD?c
OgX."pK
[Wc 73-
二. 战前分析 \N30SG?o
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 syF/jWM5
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 (!s[~O 6
jk@]d5
i{2KMa{K
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); P;34Rd
/* --------------------------------------------- */ YQ/*|
vector < int *> vp( 10 ); K4"as9oFP
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); }O/Nn0,
/* --------------------------------------------- */ E2MpMR
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); aH_&=/-Tz
/* --------------------------------------------- */ X9 R-GT
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ~$B,K]
/* --------------------------------------------- */ Iu8=[F>
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); P\JpE
/* --------------------------------------------- */ j*"s~8u4
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); |@RO&F
2k_Bo~.
N@}U ;x}
>:=TS"}yS}
看了之后,我们可以思考一些问题: H\T
h4teE
1._1, _2是什么? `8I&(k<wLe
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。 @OpcS>:R
2._1 = 1是在做什么? 0^=S:~G
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。 #qWEyb2UZ
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。 0:*$i(2
lk80)sTZ
hY!G>d{J
三. 动工 dx^3(#B
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: yAOC<d9 E
[LCi,
(&S v$L@
I ;_.tG
template < typename T > X^ovP'c2
class assignment VaB7)r
{ Vr'Z5F*@
T value; ,Gfnf%H\8>
public : 2rxdRg'YLQ
assignment( const T & v) : value(v) {} z,)Fvs4U.
template < typename T2 > (H$eXW7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } \ys3&<;b
} ; 2.6,c$2tB
Hl#o& *Ui"
3]'3{@{}H
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 #r1x0s40D
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment gU`QW_{
.+y#7-#6
zMa`olTZ
qcK)J/K"
class holder }V 1sY^C
{ 0t) IWD
public : z#y<QH
template < typename T > -I -wdyDr
assignment < T > operator = ( const T & t) const Y, P-@(
{ 7
ir T6O<.
return assignment < T > (t); ]C!u~A\jq
} 1yhx)m;f
} ; G
5)?!
_?{2{^v
6c2fqAF>i
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: F?UL0Q|u v
\1tce`+
static holder _1; !%Ak15o
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 IflpM ]
7l?=$q>k"
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); k=LY 6
而不用手动写一个函数对象。 HwDb &pP"
+G?3j ,a\
)T>a|.
eN/Jb;W
四. 问题分析 @-hy:th#
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。 r@_;L>
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。 8'zwyd3
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 c6e?)(V>
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 X3nwA#If1
下面我们可以对这几个问题进行分析。 U<*dDE~z
2-$R@
SVy
五. 问题1:一致性 0Vg8o @
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?| $lO\eQGxB
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 z.QW*rW9
}%VHBkuc
struct holder IRpCbTIXK
{ 9<R:)Df
// o:?IT/>
template < typename T > C}M0KDF
T & operator ()( const T & r) const hVd63_OO
{ giI9-C
return (T & )r; &=f%(,+
} KVK@Snn
} ; 6ds&n#n
V482V#BP
这样的话assignment也必须相应改动: QII>XJ9
5bgx;z9
template < typename Left, typename Right > l!`m}$
class assignment Q 5Ln'La$
{ d~.#K S
Left l; A>X#[qx
Right r; EB)0 iQ
public : p}C3<[Nk
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} RlpW)\{j?
template < typename T2 > jML}{>Gy8S
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } -`rz[";n
} ; ](%-5G1<
I+}h+[W
同时,holder的operator=也需要改动: V;>p@uE,P
S:Hg
=|R
template < typename T > 9X!OQxmg
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const $PNR?
{ Wt_@ vs@.O
return assignment < holder, T > ( * this , t); {Bu^%JEn
} >ztv3^w
A H`6)v<f
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 uYV#'%
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 zV%U4P)Dao
_m;Y'
return l(rhs) = r; M*%iMz
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 63ht|$G
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: RsY|V|<
`?~pk)<C].
template < typename Tp > 9HWtdJ+^C=
class constant_t 'DVPx%p
{ x H\5T!
const Tp t; !)ee{CwNc
public : =T9QmEBm
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} $LKniK
template < typename T > i/~A7\:8%
const Tp & operator ()( const T & r) const 92XzbbLp
{ uQrD}%GI
return t; P.LMu
} nd-y`@z
} ; %|4Nmf$:Og
`NrxoU=
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ]Rz]"JZ\S
下面就可以修改holder的operator=了 "`16-g97
]>&au8
template < typename T > )~rN{W<s`H
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const GBN^ *I
{ ~fEgrF d
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 2}t2k>
} TN(1oJ:
7)z^*;x
同时也要修改assignment的operator() m\[r6t]V
98G>I(Cw%
template < typename T2 > HjLY\.S
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } CsXIq.9
现在代码看起来就很一致了。 ;ZB[g78%R%
UZ v^3_,qz
六. 问题2:链式操作 M~=9ym
现在让我们来看看如何处理链式操作。 V{ECDgP
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。 a*!wiTGf
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。 d XrLeoK
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。 "\Z.YZUa\
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct *RivZ
c9;P
;i> |5tEy
template < typename T > *JUP~/Nr
struct result_1 Ac|IBXGa=
{ Js ~_8
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; =rGjOb3+
} ; vEk
jd#
g&) XaF[!
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: G)G5eXXX
?x=;?7
template < typename T > D!+d]A[r
struct ref 8 YsDE_
{ wHvX|GwMv
typedef T & reference; ]:8:|*w
} ; *v_+a:
template < typename T > cE$7CSR
struct ref < T &> 0ERA(=w5
{ QGs\af
typedef T & reference; ~sx?aiO
} ; 3[amCKel
Z`Rrv$M!
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Nyip]VwMJ
[}} ?a
template < typename T > y}Oc^Fc
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const :>c33X}
{ FIDV5Y/f
return l(t) = r(t); >$j?2,Za(V
} .Ce30VE-
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 HM/2/
/
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 DKp+ nq$
>hQeu1 ~W
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|c
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ;*Ldnj;B
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ]nY,%XE
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Qo+I98LX[
最后的布局是: Lk9X>`b#B
Add uS`XWn<CSD
/ \ 3A!`U6C(
Divide 5 YzNSZJPD
/ \ ZxFRE#y~2
_1 3 a<*q+a(*W
似乎一切都解决了?不。 B>hf|.GI
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。 50q(8F-N
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。 rozp
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-Z<zEQ
4i|yEf
template < typename Right > LVP2jTz
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 38#BINhBt
Right & rt) const wc`UcGO
{ nLicog)!I
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); F!(Vg
} H0r@dn
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 I7,5ID4pn
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。 R~
n[g
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。 P'MfuTtT&
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。 )_BQ@5NK
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。 (?4m0Sn>#h
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? k+b!Lw!L
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: jwhc;y
jMr [UZ
template < class Action > |C"(K-do
class picker : public Action =z#6mSx|W
{ BQTZt'p
public : |Lf>Z2E
picker( const Action & act) : Action(act) {} "sh*,K5x|
// all the operator overloaded 7vZtEwC)n
} ; ZEa31[@B[
q(xr5iuP_
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。 AUjZYp
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: a4aM.o
a8nqzuI
template < typename Right > cip5 -Z@8
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const W cOyOv
{ *Cf5D6=Q
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); GYH{_Fq
} +)$oy]
rZ`+g7&^Fh
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > I[nSf]Vm>
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 !y_4.&C{
,^wjtA3j8
template < typename T > struct picker_maker ./5LV)_`
{ AwnQ5-IR\
typedef picker < constant_t < T > > result; D]tI's1
} ; P! cfe@;<4
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > WAq!_xE
{ [h&)h+xt
typedef picker < T > result; wH]5VltUT1
} ; Z?JR6;@W
a=_+8RyVQ
下面总的结构就有了: %Yw?!GvL[
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 U/ds(*g@
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 gug9cmA/Q7
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 _ \&vA5-
至此链式操作完美实现。
NW]zMU{c
'k'"+
t?Ku6Z'
七. 问题3 GY`mF1b
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 /tdRUX
(}B3df
template < typename T1, typename T2 > @=<B8VPJd
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const >G9YYt~
{ *RYok{w
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); L0\~K~q
} xqSoE[<v
,F%2'W
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: R<djW5 ()f
i 1dE.f;
template < typename T1, typename T2 > 8yCt(ms
struct result_2 &c[ISc>N{
{ Uv) B
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; PPAcEXsIu
} ; mP*Ct6628n
NI
r"i2
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? RE0ud_q2
这个差事就留给了holder自己。 d H N"pNNs
Lm&BT)*
l4bLN
template < int Order > po9f[/s'+o
class holder; -kk0zg
&|i
template <> Talmc|h
class holder < 1 > "LNLM
{ F5y0(=$T
public : @#r6->%W
template < typename T > J5!-<oJ/
struct result_1 j
D kBe-`
{ 6%^A6U
typedef T & result; P(%^J6[>
} ; fK|P144
template < typename T1, typename T2 > 2WK c;?
struct result_2 +R8G*2
{ oNhCa>)/
typedef T1 & result; v\lKY*@f
} ; I:6H65(&
template < typename T > 70<{tjyc
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ,Dab(
{ ??#SQSU
return (T & )r; "T@9#7Obu
} 'pnOHT
template < typename T1, typename T2 > !tzk7D
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const dL]wu!wE
{ CzDV^Iv;Q{
return (T1 & )r1; 'iWDYZ?
} b+`qGJrej
} ; QXu[<V
V]Rt[l]
template <> WJJmM*>JW
class holder < 2 > 0Ke2%+yqJ
{ ~KQiNkA\|l
public : S3UJ)@
E
template < typename T > g4 3(N!@g
struct result_1 &gF9VY
{ [*J?TNk
typedef T & result; :85QwN]\
} ; TKp2C5bX
template < typename T1, typename T2 > '':MhRb
struct result_2
x7xMSy
{ B[IWgvB(e
typedef T2 & result; !]3kFWs
} ; MTip4L W9
template < typename T > cT5BBR
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const p\P)
{ =w!2R QB
return (T & )r; cd|/4L6
} Q?V+
0J
template < typename T1, typename T2 > */HW]x|?V~
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const |~o0-: 'C
{ I!#WXK
return (T2 & )r2; Cg(&WJw(ep
} a/</P
|UG
} ; xO^lE@a o
hSz_e
uPy5<