一. 什么是Lambda +zaA,e?\
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 b\$}>O
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, 1DE<rKI
2.l Z:VLN
QgU8s'e
\eT5flC
class filler aTqd@},?
{ 17oa69G
public : !Wy6/F@Z
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} BGD8w2
} ; f78An 8
pgI^4h
PT=2@kH
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: XWS%zLaK
[y'f|XN
%|g>%D3Z?
JORGj0v
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); kb{]>3Y"
)Ch2E|C?=8
wsIW
|@
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 s:/8[(A
;V*R*R
]>LhkA@V
:PIF07$xl
二. 战前分析 e vrXo"3
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 =j5MFX.-o
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 4C<jdv_J
/'].lp
b J=Jg~&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); "HElB9
/* --------------------------------------------- */ =(NB%}
vector < int *> vp( 10 ); \6E|pbJ}x
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Q&wB$*u
/* --------------------------------------------- */ dv8>[#
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); I/d&G#:~
/* --------------------------------------------- */ 6x h:/j3
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 10<x.8fSP
/* --------------------------------------------- */ \
e\?I9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); {1V($aBl
/* --------------------------------------------- */ Pz>s6 [ob
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); K`iv c N"
\>jLRb|7Ts
,k{#S?:b
vwjPmOjhS
看了之后,我们可以思考一些问题: [Sr,h0h6
1._1, _2是什么? rR9|6l
3
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ]h>_\9qO
2._1 = 1是在做什么? Ss~;m']68
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 <j&DK2u=i
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 |X0Y-
wfU7G[
eqP&8^HP
三. 动工 "^w]_^GD$d
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 0vEoGgY0*:
vy0X_DPCr
l)Pu2!Ic
?]Pmxp
H}
template < typename T > QW$G
class assignment oFy=-p+C
{ `tHvD=`m.
T value;
i`QKH
public : |zQ4u
assignment( const T & v) : value(v) {} &y3OR1_Sm*
template < typename T2 > e\Y*F
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } mz@T
} ; 3Mxp)uG/
]Y2RqXA*
q}~3C1
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ln?v
j)j
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment gZLP\_CL
ue4Vcf
]$Yvj!K*Q
tE@;X=
class holder !G SV6
{ IPgt|if^
public : \hBG<nH{0
template < typename T > `8^TTQ
assignment < T > operator = ( const T & t) const k.uMp<)D
{ JHz
[ 7
return assignment < T > (t); <\NY<QIwFw
} 5Yl<h)1
} ; .WPV dwV4U
(iL|Sq&}b
Z @^9PQG$
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: BRlT7grgq
?Lyxw]
static holder _1; *^f<W6xc
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 +)y^'Qs
c|M6<}
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); -amBB7g
而不用手动写一个函数对象。 OY:,D
J@4 Bf
# a<Gxj
nq6@6GRG
四. 问题分析 _tBTE%sO
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。 W0l,cOOZJ
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。 /4g1zrU
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 0URji~?|x
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 BsEF'h'Owh
下面我们可以对这几个问题进行分析。 R~)\3] "2m
my}-s
五. 问题1:一致性 Fxm$9(Y
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?| Jh
]i]7r
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 &Rvm>TC=
.7l&1C)i
struct holder *g6n
{ qWODs
// EJsM(iG]~M
template < typename T > .w0s%T,8}^
T & operator ()( const T & r) const cUY`97bn
{ <Dwar>}
return (T & )r; ^R# E:3e
} I~ok4L?VB
} ; h&--,A >
/(iFcMT
这样的话assignment也必须相应改动: =zKhz8B(
ApAO/q
template < typename Left, typename Right > :E:38q,hG
class assignment PK0%g$0
{ *XT/KxLa7
Left l; FQqI<6;
Right r; D^=J|7e
public : Pmh8sw
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} wS%Q<uK
template < typename T2 > dvt9u9Vg=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } T`5bZu^c
} ; -(f)6a+H
MP!d4
同时,holder的operator=也需要改动: PX<J&rx
Q$="_y2cTA
template < typename T > kic/*v\6@
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const YgUvOyaQXf
{ 5u*-L_
return assignment < holder, T > ( * this , t); 'H
\9:7
} 4:r!|PJn{G
HbXPok
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。 |Z=^`J
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 .
r[Hu40p
+f@U6Vv
return l(rhs) = r; rEv$+pP
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 *a #rM"6P
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 4cl\^yD
0@H|n^Md#
template < typename Tp > L#+q]j+
class constant_t xwJH(_-
{ :}@g6
const Tp t; E0MGRI"me
public : _nbBIaHN{
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} :'~Y
template < typename T > f;1K5Y
const Tp & operator ()( const T & r) const
@I_8T$N=
{ =8; {\
return t; aC%m- m
} uF1~FKB
} ; Il=
W,/y
vK_?<>
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 a hR ^
下面就可以修改holder的operator=了 A-T]9f9
2JJ"O|Ibz
template < typename T > L1Iz<>
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const }>VG~u8
{ ,PWgH$+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); v"OY 1<8
} u%$Zqee
1oN^HG6O
同时也要修改assignment的operator() ENGg
~D
;9#Z@]p
template < typename T2 > ev#;t@^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } @+ BrgZv`
现在代码看起来就很一致了。 ?q;Fp
V-Cv,8
六. 问题2:链式操作 d*~ICir7
现在让我们来看看如何处理链式操作。 G-?d3n
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。 DjN|Wr)*
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。 ;K!]4tfJ
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。 XVvK2(
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct W!6qqi{
.)<(Oj|4
template < typename T > rz@=pR :
struct result_1 -lhLA`6_R
{ D (h18
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; )0Me?BRp
} ; \ aHVs
U2ZD]q
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:
\9/ b!A
Lz:(6`S
template < typename T > { Fawt:
struct ref ,)iKH]lY=
{ $aN&nhoO<
typedef T & reference; 21< j\
M
} ; U` Wauv&
template < typename T > &<UMBAS
struct ref < T &> c2e
tc8
{ ?zQA
typedef T & reference; K9OYri^TQ
} ; xv&Q+HD
qeL5D*
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: V\^EfQ
.R9IL-3fO
template < typename T > [BT/~6ovrZ
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Qt/8r*Oe
{ Z| V`B `
return l(t) = r(t); H
Ge0hl[n
} 1;mW,l'`
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 72oF ,42y
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ^d~1E Er
/k<WNZM
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 C\di 7 z:
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: !kE-_dY6)
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ;ByOth|9P
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 /6h(6 *JI
最后的布局是: <oo
Add '*?WU_L(g
/ \ -*m+(7G\
Divide 5 FxVZ[R
/ \ kn>$lTHQ
_1 3 ^",ACWF4Sk
似乎一切都解决了?不。 |j VM&R2s
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。 82]vkU
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。 e{v=MxO=S
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: Fm #w2o
JM\m)RH0
template < typename Right > r%.do;5
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ])Qs {hs~s
Right & rt) const |"9 #bU
{ i}o[- S4
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ]@0NO;bK>F
} :P@rkT3Q t
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 FDv+*sZ
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。 RhvfC5Hq
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。 "B8"_D&
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。 Ns[ym>x#2
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。 S}ECW,K
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? ]f_6 '|5A
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: 9>g,
W"k8KODOY
template < class Action > Ce")[<:
class picker : public Action 6'RrQc=q
{ gF5a5T,
public : Tp9-niW
picker( const Action & act) : Action(act) {} ^>N]H>0'S
// all the operator overloaded h?FmBK'BAd
} ; l+g9 5mjP
pTyi!:g3W
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。 3Bx:Ntx<
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: !ZI7&r`u;
;x8k[p~2
template < typename Right > Wxbq)Z[V
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const OLvcivf
{ NU*fg`w
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ]Wq?H-B{
} \;mH(-
!k/Pv\j/R
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Kbb78S30
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。 !\,kZ|#>
;XDz)`c
template < typename T > struct picker_maker %bD}m!
{ -M1YE
typedef picker < constant_t < T > > result; P7x =
} ; H_ez'yy
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > C$@yG)Pj
{ NSFs\a@1
typedef picker < T > result; ~~6^Sh60g
} ; yGsz2T;w
B-T/V-c7
下面总的结构就有了: "n=vN<8(o
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]u<!.X
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。 !E-Pa5s
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 3^Q]j^e4Ny
至此链式操作完美实现。 ^+1#[E
Q26qNn
bK
LT,? $I
七. 问题3 F1Hh7
F
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 'D%w|Pe?Q
= 07]z@s
template < typename T1, typename T2 > 4L73]3&
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const bug
Ot7
{ gt7VxZ
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ]Bm>-*@0N
} !xKJE:4/,m
fVM`-8ZTq
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: 2AVa(
?^EXTU85`"
template < typename T1, typename T2 > f5GdZ_
struct result_2 >Z;jY*
{ *\o/q[
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 1<h>B:
} ; Vm|Y$C
,~);EC=`
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? 2]c{P\
这个差事就留给了holder自己。 u^j {U}
_"%B7FK
XZ/[v8
template < int Order > rJ o"fx
class holder; S inl
template <> i"j(b|?e
class holder < 1 > P/ oXDI8
{ `+/H^
public : fof2
xcH!
template < typename T > !8@*F
struct result_1 8p!*?RRme[
{ D r9 ?2
typedef T & result; tdF9NFMD
} ; A~dQ\M
template < typename T1, typename T2 > L}yyaM)
struct result_2 gBf4's
{ $) 5Bf3P0
typedef T1 & result; c=6Q%S
} ; RuG-{NF{F
template < typename T > +]@Az.E
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const lI/0:|l
{ 7DfTfTU6
return (T & )r; "W#t;;9Wz
} pfd#N[c
template < typename T1, typename T2 > }N*>QR5K
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const L@^~N$G&u
{ 5`<eKwls
return (T1 & )r1; P=5NKg
} =q"eU=9
} ; `PL[lP-<
SjEdyN#
template <> !4rPv\
class holder < 2 > K$
v"Uk
{ vLO&Lpv
public : /"ymZI!k\
template < typename T > dxj*Q "K
struct result_1 j4R 4H;
{ cMzkL%
typedef T & result; M/*NM= -a
} ; ^<0IB#dA
template < typename T1, typename T2 > 9Z6C8Jv
struct result_2 dP>w/$C}
{ IF@HzT;Q
typedef T2 & result; &l