一. 什么是Lambda WJ|:kuF
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 UXT
p
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, 1B|8ZmFJj
(hIF]>,kl
FmEc`N9\v
q2hFOm
class filler <a4TO8
{ +Y}V3(w9X
public : /kgeV4]zR
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} s,6`RI%
} ; F>zl9Vi<
5;\gJf
{Z>
M
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: 9i5tVOhE
O:'?n8rWL
:IMdN}(L
OtJ\T/q,
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); aZ X mlq
qH>`}/,P
'OkGReKt
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 lhH`dG D
>5hhd38
QzOkpewf
?YQPlv:<o.
二. 战前分析 `Out(Hn
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。 p8}(kHUp(
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 fpWg R4__
\3Pv# )
7j$Pt8$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 6Wj^*L!
/* --------------------------------------------- */ t23'x0l
vector < int *> vp( 10 ); +JRF0T
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 2 PqS%`XiS
/* --------------------------------------------- */ 59r_#(uo
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); <eN_1NTH_
/* --------------------------------------------- */ 'G&{GVbXY
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 69m
;XdkKz
/* --------------------------------------------- */ 7ZxaPkIu&%
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Ea6
&~"
/* --------------------------------------------- */ B9R(&<4
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 0 (U#)
6$U]9D
q:\g^_!OGA
z~*g ~RKS!
看了之后,我们可以思考一些问题: p;T{i._iL
1._1, _2是什么?
h `}}
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Q=mI9
2._1 = 1是在做什么? uhyj5u)
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 o*WY=
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 x5}'7,A
3_Cp%~Gi-_
6W[}$#w
三. 动工 mw$r$C{
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: o+w;PP)+=
FBx_c;)9Z
+4;uF]T
MP Z3D9
template < typename T > "@R>J?Cc+
class assignment Snp|!e
{ !oPq?lW9
T value; X cr
=
public : K 0gI):
assignment( const T & v) : value(v) {} PyVC}dUAX
template < typename T2 > m>USD?i
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 2.d| G`
} ; Z{H5oUk
s`#(
p019)X|vx
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 *28pRvY:b
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment f
nI|
><=gV~7lx
^ :F.
e)?Fi
class holder ]^6c8sgnR
{ ~b:Rd{
public : pC_O:f>vJ
template < typename T > hUm'8)OJ
assignment < T > operator = ( const T & t) const M?;y\vS?.
{ u<nLag
return assignment < T > (t); gkHNRAL
} ,k G>?4
} ; E_zIg+(+
w;l<[q?_
[b$4Shx
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 'FYJMIs
Vrvic4
static holder _1; n6k9~ "?
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 )$,"u4
SvR7eC
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Ka`=WeJ|
而不用手动写一个函数对象。 %sRUh0AL
|c`w'W?C6
-@ZiS^l
,()0'h}n
四. 问题分析 72,rFYvpK
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。 @}:uu$OH
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 X_v[MW
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 sUYxT>R
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 'fL"txW
下面我们可以对这几个问题进行分析。 C2{lf^9:&
?@n/v
F
五. 问题1:一致性 vip~'
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| i9=&;_z
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Ig5L$bAM~
P#:?ok
struct holder 8?FbtBAn
{ CpQN,-4
// PpsIhMq@
template < typename T > z;u
T & operator ()( const T & r) const C^)*Dsp
{ P<fnLQ9
return (T & )r; OnWx#84
} lb:/EUd5
} ; AL5Vu$V~n}
=rR~ `
这样的话assignment也必须相应改动: F V,4pi
)3h^Y=43
template < typename Left, typename Right > /W<>G7%.
class assignment 1 n%?l[o
{ A?G^\I~v
Left l; a[2vjFf#C
Right r; 3 R&lqxhg
public : @X3{x\i'I
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} yObuWDA9
template < typename T2 > hkOsm6
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } N
D<HXO
} ; |7#[ (%D!
G"T',~
同时,holder的operator=也需要改动: 1EyL#;k
#Mg]GeDJ{
template < typename T > @zgdq
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const R=Tqj,6
{ ?h!i0Rsm
return assignment < holder, T > ( * this , t); ]QuM<ms
} 9h0X &1u
^GBe)~MT
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。 fBQ?|~:n
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Gy[O)PEEh
phE
&7*!Q
return l(rhs) = r; Skz|*n|eY
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。 /CTc7.OYt
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: !`mZ0c+
Ys!>+nL|
template < typename Tp > F}
d
class constant_t hva2o`
{ MC&\bf
const Tp t; +
S4fGT
public : +I>p !v
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} _
%%Z6x(
template < typename T > 6:%
L![FX
const Tp & operator ()( const T & r) const >]%8Zx[
{ 0R0{t=VJZ
return t; C%~a`e|/Y
} qOaQxRYm%Y
} ; VB<Jf'NU
bJ_cId8+
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 7E!7"2e
a
下面就可以修改holder的operator=了 `m.eM
8_K60eXz
template < typename T > i!~'M;S
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const !Oi~:Pp
{ na^sBq?\
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); $0^P0RAH
} FecktD=
{ BEo &
同时也要修改assignment的operator() ~ 7)A"t
iRi{$.pVJ
template < typename T2 > tvd0R$5}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } #'4OYY.
现在代码看起来就很一致了。 /#<pVgN
&:=$wc
六. 问题2:链式操作 H.G!A6bd
现在让我们来看看如何处理链式操作。 q8ImrC.'^
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。 -=698h*
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。 h.K(P+h
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。 :c8n[+5
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct
_GqS&JHSf
V^Rkt%JY
template < typename T > OlD`uA
struct result_1 -RJE6~>'\
{ j<"nO(
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; R.s|j=
} ; Q+i\8RJ
buk=p-oi
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: c-j_IN Gm
5jq=_mHt
template < typename T > ji+{ :D
struct ref d77r9
{ Fl>]&x*~
typedef T & reference; %~*jae!f
} ; mCKk*5ws5"
template < typename T > bXM/2Z?6
struct ref < T &> HI&kP+,y
{ <@bA?FY
typedef T & reference; p2x [p
} ; /vE]2Io
oN(-rWdhZ
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Y|0ow_oH
%IBL0NQT
template < typename T > rn.\tDeA
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Y@ F
{ }fhHXGK.
return l(t) = r(t); ]B9 ^3x[:
} UEz i*"-v2
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。 8(X0
:
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 '~-IV0v9
3]E(mRX
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 fMK#x\.4
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: FquFRx
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 g?qKNY
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 k4KHS<n0
最后的布局是: & 7QH^
Add [~Hg}-c
/ \ g8pm2o@S
Divide 5 %6 =\5>
/ \ zXc}W*ymj
_1 3 X`20f1c6q>
似乎一切都解决了?不。 jOtX
60;
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。 VTe.M[:
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。 w.kCBDL
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: <6N_at3
oJaAM|7uv
template < typename Right > c8'Cq7
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ,J9}.}Hd
Right & rt) const M/jb}*xDR
{ @eQld\h'
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); u39FN?<^
} ! gp}U#Yv
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 <lFY7'aY
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。 6`puTL?
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。 )bWrd$X
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 &`:rp!Lc
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 @oH[SWx
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? U|fTb0fB
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: E5x]zXy4
Q(\ wx
template < class Action > 3;BvnD7
class picker : public Action DNth4z
{ _Dq Qfc%
public : +0#JnqH"
picker( const Action & act) : Action(act) {} mCb 9*|
// all the operator overloaded ?f2G?Y
} ; <%,'$^'DS
>C2HC6O3
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。 Y-&|VE2
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: 41;)-(1
TU%"jb5
template < typename Right > q,,j',8kq/
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Dsb(CoWw
{ Y.
TYc;
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 0(TvQ{
} /VtlG+dLl
'?}R4w|)
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > YmCbxYa7
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。 %1jdiHTaL
^uBwj}6
template < typename T > struct picker_maker jT"r$""1d
{ k|ip?O
typedef picker < constant_t < T > > result; W8.j/K:
} ; B "n`|;r5
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > *SGlqR['\e
{ 6<76O~hNZ
typedef picker < T > result; >r:X~XnRUj
} ; QE6El'S
4Bo<4 4-,
下面总的结构就有了: z.59]\;U>
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 <rMv0y+r
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 ZV#$Z
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 kC|Tubs(
至此链式操作完美实现。 E.#6;HHzN
@$ftG
9i[4"&K
七. 问题3 . z].:$J&
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。 5l&j