一. 什么是Lambda B*
?]H*K
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 AK'[c+2[
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, B:'J`M"N
41`n1:-]
ZCmgs4W!
LAB=Vp1y3[
class filler ,?>s>bHV
{ iiT"5`KY
public : >/l? g5{
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} i,>khc
} ; K#6P}tf
&J[:awQX
"i y
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: %zG;Q@
8(pp2r lR
1S{D6#bE
J] {QB^?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); y0sR6TY)f
Uwf+
`[f*Zv w
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 L
6c 40
>V-A;S:
O_`VV*
}Yb[
二. 战前分析 IpYM;tYw&
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。 pMw*9sX
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 IwQ"eUnK
4!Fo$9
NjVYLn<.r
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); FHj"
nB
/* --------------------------------------------- */ ur)9x^y
vector < int *> vp( 10 ); }AB,8n`
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 4 ezEW|S
/* --------------------------------------------- */ _
TiuY
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ] eotc2?u
/* --------------------------------------------- */ jyZ (RB
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); aS{|uE]
/* --------------------------------------------- */ l3Xfc2~ 2
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 7%5z p|3
/* --------------------------------------------- */ @$ne{2J3
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); $ `ov4W
HVi'eNgo
uGwm
r
\H1(PA
看了之后,我们可以思考一些问题: @i2E\}
1._1, _2是什么? ,]bhy p
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。 :ci5r;^
2._1 = 1是在做什么? %KsEB*'"
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。 m8A#~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。 6 eLR2
%Qmn-uZ
;D3C>7y
三. 动工 gwLf '
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: YmL06<Mh
NP0\i1P>.?
Px4)>/ z,
i6^twK)j
template < typename T > `g(Y*uCp
class assignment U;YC}r
{
[$mHv,~
T value; `#rL*;\uV
public : joFm]3$;
assignment( const T & v) : value(v) {} ,f~J`3(&
template < typename T2 > "sS}N%!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 1Ir21un
} ; k
Z?=AXu
6/5YjO|a
F0GxH?
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 (l\1n;s*B
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment H3z:ZTI
{x|[p_?
$Ipg&`S"
Njxv4cc
class holder *w|:~g
{ SEo'(-5
public : =O&%c%~q
template < typename T > $mu^G t
assignment < T > operator = ( const T & t) const *1uKr9
{ 52%2R]G!
return assignment < T > (t); @P#N2:jwj
} w^Sz#_2
} ; CNih6R
#*D)Q/k
|t^E~HLm,
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: .k#U]M
O9G[j=U
static holder _1; }u\])I3
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 $:8x(&+/@
m}C>ti`VD
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ap.K=-H
而不用手动写一个函数对象。 b LB:MW\%
vUN22;Z\
bfFeBBi
zZ7;jyD
四. 问题分析 b+%f+zz*h
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 3_ r*y9l
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 r A`V}>Xj
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 CnU*Jb
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ^|/TC!v]M
下面我们可以对这几个问题进行分析。 EMh7z7}Rr
ERUz3mjA/
五. 问题1:一致性 !02`t4Zc-
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| ~Y `ldL
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 .7Dtm<K#
6hw=
struct holder |ax3sAg
{ Ghu#XJB?
// h`]Iy
template < typename T > u__9Z:+
T & operator ()( const T & r) const s(5Y
{ ]GMe\n
return (T & )r; jfP*"uUK
} *M[?bk~~
} ; aI%g2q0f
:{PJI,
这样的话assignment也必须相应改动: r(6Y*<
GOj-)i/_
template < typename Left, typename Right > FTX=Wyr
class assignment &4 {KV.
{ <Q3oT
Left l; RU'=ERYC
Right r; ?5+.`L9H
public : Cw
iKi^m
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 1Lc#m`Jln
template < typename T2 > 6o!!=}'E[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } xmNB29#
} ; -Y1e8H ='
Z)e/!~""]
同时,holder的operator=也需要改动: c>,'Y)8
TC N8a/@z
template < typename T > cpe+XvBuK
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const XR8,Vt)=
{ L(/e&J@><
return assignment < holder, T > ( * this , t); Bgn&:T8<
} ,MdV;j~"'
m.JBOq=
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ."TxX.&HE
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 J &o|QG
cW~}:;D4
return l(rhs) = r; e
h&IPU S
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 !SC`D])l
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: bo,_&4?
7P%%p3
template < typename Tp > G|[ =/>~B
class constant_t .\\DKh%
{ S$f9m
const Tp t; aKV$pC<[o
public : ; PF`Wj
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} jk"`Z<j~
template < typename T > +cD<:"L'g
const Tp & operator ()( const T & r) const Qn^'
{ dl.N.P7}4
return t; dah[:rP,n{
} b1?#81
} ; teOe#*
}wWKFX
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 QgrpBG
下面就可以修改holder的operator=了 d)B@x`
@*F"Q1 wI
template < typename T > Vmc5IPd{\
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ~9?cn
{ Av @b!iw+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Y_Eb'*PY
} &qLf@1AD
3T31kQv{
同时也要修改assignment的operator() xqXo0
*w$W2I>b7
template < typename T2 > w:??h4lt
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } qBU-~"2t
现在代码看起来就很一致了。 hMzs*gK
x*
DarSk
六. 问题2:链式操作 7@#>bE6
现在让我们来看看如何处理链式操作。 h&|[eZt?F
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。 HvUxsdT
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。 YSs)HV.8
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。 .v]IJfRH*
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 7wWFr
_G_Cj{w
template < typename T > ,K>I%_!1
struct result_1 y6@0O%TDN
{ Q0$8j-1I
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; B6=ebM`q
} ; OBgkpx*Q
6T>mW#E&
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: Y4%:7mw~=
H12Fw'2
template < typename T > h-g+g#*
struct ref ke{8 ^X~#
{
7;u
e
typedef T & reference; 4)E_0.C
} ; h,QKd>4:CF
template < typename T > 9*$t!r{B@
struct ref < T &> .\K_@M
{ tWo{7) Eb
typedef T & reference; ^m
L@e'r
} ; 3sc+3-TF
OL5v).Bb
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: T}
`x-
1pQn8[sc@
template < typename T > Ulhk$CPA
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const }L
&^xe
{ m 2-Sx
return l(t) = r(t); =Xm@YVf&ZD
} (As#^q\>B
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 k[0-CB
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 R|JC1f8P5
3E7ULK
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 Ytgcs(
/$
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: $r@
=*(
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 R[Ll59-
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 :#2Bw]z&z
最后的布局是: Kj V:|
Add "BD~xP(
/ \ g!cUF+
Divide 5 R{RwTN<
/ \ R5"K]~
_1 3 wU8Mt#D!
似乎一切都解决了?不。 :d3bt~b'
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。 tzZ63@cm
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。 8 m5p_\&
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: Xsa2(-
{-ZFp
template < typename Right > jNu9KlN
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Yv
hA_v
Right & rt) const z
MLK7+
{ b6W2^tr-
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); |lXc0"H[o
} h"`ucC8X
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 m_hN*v
Py
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。 $`APHjijN
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 d#6`&MR
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 -g)9R%>-
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 UU'|Xz9~
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? r`%+M7
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: R=.4
S2n39 3
template < class Action > 4!$s}V=6
class picker : public Action za#s/b$[
{ "mX\&%i6\p
public : ~SQ?BoCI[
picker( const Action & act) : Action(act) {} R,)}>X|<
// all the operator overloaded 8iW;y2qF
} ; -r#X~2tPzD
whonDG4WP
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 dlU'2Cl7d
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: lW<PoT
|4
v0:ETb$
template < typename Right > AGH|"EWG
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const -<Hu!V`+
{ C(S'#cm
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 1<+2kBuY
} kR]!Vr*yh
?!wgH9?8
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ktnuNsp
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。 m1n.g4Z&*
jxiC
Kx,G
template < typename T > struct picker_maker U;bK!&