一. 什么是Lambda yY#h1
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 HT.,BF
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, 'l'3&.{Yfk
:ts3_-cr
O\<zQ2m
)BJkHED{
class filler %"{P?V<-V
{ mqZK1<r
public : hV@ N-u^
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ZUI6VM
} ; ZxtO.U2
v< P0f"GH
ta?NO{*
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: #da{3>z:
9dNB_
,b5'<3\
63E6nW M
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); $#rkvG_w
f\R_a/Us
PMsb"=Ds
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 !=YE hQ-
#Vum
utmJ>GWSI
]Za[]E8MD
二. 战前分析 3jZGO9ttnS
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 iZNS? ^U
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 Mxl;Im]!`.
sywuS
,&BNN]k
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); +2iD9X{$MX
/* --------------------------------------------- */ =][
)|n
vector < int *> vp( 10 ); RI*n]HNgy+
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 5 tKgm /
/* --------------------------------------------- */ i8?oe%9l
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); [!)HWgx
/* --------------------------------------------- */ 1J[$f>%n]
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); (xo`*Q,+
/* --------------------------------------------- */ LAC&W;pJ"
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); !yv>e7g^
/* --------------------------------------------- */ ;O7"!\
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); v*V(hMy
xn`)I>v
P^OmJ;""D
}-fHS;/
看了之后,我们可以思考一些问题: BWxfY^,'&6
1._1, _2是什么? :6Z2@9.}w
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 +6uf6&.@~
2._1 = 1是在做什么? )h@PRDI_
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 6:(s8e
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 o9}\vN0F
{}s/p9F4
}.o.*N
三. 动工 AE:(:U\
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: iZG-ca
Dn)yBA%
_.9 5>`
U,!qNi}
template < typename T > ]EHsRd
class assignment ?7fqWlB
{ =@d#@
T value; CcUF)$kz
public : w1I07 (
assignment( const T & v) : value(v) {} FO/cEu
template < typename T2 > lo!pslqsn
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } [yMSCCswW
} ; KKsVZ~<6u
Z}t;:yhR
MiZ<v/L2
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ND1hZ3(^
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment x\'3UKQP+^
:6o%x0l
g?80>-!bF
:#g.%&
class holder fNLO%\G~2
{ Z7bJ<TpZ
public : ?wHhBh-Q
template < typename T > 85!]NF
assignment < T > operator = ( const T & t) const [y8(v ~H
{ 3:GwX4yW
return assignment < T > (t); f$FO 1B)
} ~R[ k^i.Y
} ; l)\Q~^cxd
=Xvm#/
+d#8/S*
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: +IS6l*_y>6
)P7ep
static holder _1; vu)EB!%[
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 oz=V|7,
{Fwvuk
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); F^/KD<cgK
而不用手动写一个函数对象。 ^B1Ft5F`b
O1~7#nJ*4[
|@_<^cV110
&?y@`',a0{
四. 问题分析 Ub\^3f
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。 w<H2#d>5!@
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。 VLV]e_D6s
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 y7/4u-_c
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ~qZ6I)?
下面我们可以对这几个问题进行分析。 $e+4Kt
,
:4AIYk=q
五. 问题1:一致性 CmXLD} L_x
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?| pfZ[YC-
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 FdE?uw
hrnE5=iY
struct holder m!KEK\5M?
{ NxF:s,a6
// W! $U{=
template < typename T > x:0swZ5Z
T & operator ()( const T & r) const AM=> P7
{ d;<'28A
return (T & )r; F5X9)9S
} j5D Cc,s
} ; C7F\Y1Wj
OCu_v%G0
这样的话assignment也必须相应改动: T;3qE1c
FS5iUH+5
template < typename Left, typename Right > ]2l}[
w71|
class assignment `Njvk
{ YCE *Dm
Left l; $VQ;y|K+[
Right r; DTH}=r-
public : p>eYi \'
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} R`]@.i4tt
template < typename T2 > [_jw8`
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } /RJ]MQ\*O
} ; EC5= 2w<
hiibPc?I
同时,holder的operator=也需要改动: z2{y<a9;?
mKu,7nMvF
template < typename T > -BP10-V
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Ms +ekY)
{ $1 B?@~&
return assignment < holder, T > ( * this , t); 0R? @JC
} h! uyTgq
EUs9BJFP
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 :l"BNT[/
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 U"/T`f'H z
"Y^j=?1k
return l(rhs) = r; Zoxblk
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 eCR^$z=c
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: r+m.!+
{St-
template < typename Tp > ,mx\
-lWFy
class constant_t ;Q,t65+Am
{ 0?oL zw&
const Tp t; 9[JUJ,#X'0
public : ;=$;h6W0
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} kJl^,q
template < typename T > ]VQd*~ -
const Tp & operator ()( const T & r) const iS)-25M'
{ r'y Nc&~
return t; UUDHknm"
} kh#QT_y
} ; 7w2$?k',-
V-7l+C5
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ?o.d FKUe
下面就可以修改holder的operator=了 N$e
mS
%\,9S`0
template < typename T > _BA; H+M
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const a9;KS>~bq
{ OQfFS+6
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); hFm^Fy[R
} ,v mn{gz
)bih>>H
同时也要修改assignment的operator() qD*y60~]zz
/0qbRk i
template < typename T2 > YFS6YA
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 0ZwXuq
现在代码看起来就很一致了。 k
L6s49
/d}"s.3p
六. 问题2:链式操作
+kd1q
现在让我们来看看如何处理链式操作。 I;"pPJ3G
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 d'Bxi"K
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 8#JX#<HEo
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 TW>GYGz
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct UH6 7<_mK
9vyf9QE;
template < typename T > UL}wGWaoG
struct result_1 &~+QPnI>Pm
{ 6d/Q"As
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; VQqBo~
} ; ?ckV 2
b4dviYI
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 2#:p:R8I>
J)n_u) ,
template < typename T > r@C~_LgL)
struct ref Dq~;h \='
{ 1xEOYM)
typedef T & reference; =q]!"yU[d
} ; }R16WY_'
template < typename T > ;6``t+]q
struct ref < T &> Z6${nUX
{ Ur]$@N
typedef T & reference; #0T/^ #
} ; FHU6o910
'I/_vqp@
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: [5~mP`He
5C1EdQ4S0
template < typename T > (o IGp
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const |?VJf3A
{ 1N(1h
D
return l(t) = r(t); 8u~
} G`n
$A/9Q
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 -O\i^?lD;
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Rs5 lL-I
{*B0lr`
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 wjl )yo$z
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: \AroSy9
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 <skqq+
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ;x\oY6:
最后的布局是: :Q"|%#P
Add R6(:l;
W
/ \ hm73Zy
Divide 5 ~x8nC%qPvq
/ \ pAatv;Ex
_1 3
"&k(lQ4
似乎一切都解决了?不。 xA(z/%
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。 lh'S_p8g
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。 y8s!sO
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: _xv3UzD
M]r?m@)
template < typename Right > )L:e0u
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 7?R600OA
Right & rt) const JXJ+lZmsz
{ u|t l@_
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 8-x-?7
} 1V1I[CxlX
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 70 7( LG
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。 o p9dYjG7
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。 b*?u+tWP_
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。 [-$
Do
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。 WuUwd#e
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? uRko[W(
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: !-7n69:G
iWD|F-
template < class Action > Z,#H\1v3lB
class picker : public Action 0i_:J
{ klJ21j0Bb2
public : ;B=aK"\
picker( const Action & act) : Action(act) {} ia'z9
// all the operator overloaded Q"qI'*Kgt
} ; fYUV[Gm
l{Df{1b.
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。 JnsJ]_<
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: r+Ki`HD%
O<cP1TF
template < typename Right > ;`#R9\C=h
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ;Z{D@g+
{ swF{}S"
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); t6nRg
} P'U2hCif
x>[]Qk^?q
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Io.RT+slB
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。 D8Fi{?A#FV
Y'|,vG
template < typename T > struct picker_maker y+ze`pL?
{ [oTe8^@[
typedef picker < constant_t < T > > result; Z71m(//*}
} ; e7U\gtZ.
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > {zAI-?#*u
{ u)0I$Tc"
typedef picker < T > result; _h!.gZB3
} ; N;|^C{uz
sWYnoRxu
下面总的结构就有了: TsTc3
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。 b4_0XmL
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。 w2nReB z
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 \2s`mCY
至此链式操作完美实现。 [Iks8ZWr_
O6;"cUv
tON>wmN
七. 问题3 sFFQ]ST2p
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。 a<G&}|6
<