一. 什么是Lambda "P~0 7
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 uy9k^4Cqa
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, Yvcd(2
]o6Or,ml
XA-DJ
;SEH|_/
class filler !dv
{ CY<,p$
public : o>';-} E
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ez"Xb 7
} ; Z1wN+Y.CA
x%jJvwb^|
FQ*4?D,A
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: 9P#E^;L
_iO,GT=J-
=P<gZ-Cm
qHt!)j9GKv
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); A<C`JN}
:lcZ)6&S
S2HGf~rE
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 &s>HiL>f
"~jt0pp
.#2YJ~
k`F$aQV9`
二. 战前分析 h1^q};3!W\
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 ~ou*'
w@
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 kQxY"HD
}:5AB93(
sZ/~pk
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); L
5J=+k,
/* --------------------------------------------- */ =cs;avtL
vector < int *> vp( 10 ); )Fe-C
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Eb7qM.Q] &
/* --------------------------------------------- */ l 4I@6@
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); s/ibj@h
/* --------------------------------------------- */ ;\DXRKR
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); + G#qS1
/* --------------------------------------------- */ `7zz&f9dDX
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 6] <~0{
/* --------------------------------------------- */ t|jX%s=
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); bJj<xjBM
AkrUb$ }
yQ?N*'}$
<.s=)}'`P
看了之后,我们可以思考一些问题: /%\E2+6
1._1, _2是什么? X3NHQMI
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。 {w$1_GU
2._1 = 1是在做什么? 7hqa|
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 %3M(!X:[
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 8zP{Cmm
vz</|s
O4ciD1
三. 动工 *y9 iuJ}
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 9&q<6TZ z
(D]l/akP
Q/o!&&
Z"<aS&GH
template < typename T > Q* ifmnB'
class assignment JEL=,0J
{ qOVs9'R
T value;
O;h ]
public : br*L|s\P\9
assignment( const T & v) : value(v) {} JhRXfIK>{
template < typename T2 > 5M4mFC6
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } oM/(&"
} ;
#"&h'V
8;mn7 XX
*lRP ZN
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 /Y_F"GQ
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment TK<~(Dk
dPwe.:
<cW$
\P}hV
Va/LMw
class holder n*(Vf'k
{ D$
zKkPYI
public : RbKAB8
template < typename T > Mt (wy%{zK
assignment < T > operator = ( const T & t) const .%j(!
{ ?sWPx!tU
return assignment < T > (t); P/5bNK!
} Xm`jD'G
} ; R|
[mp%Q
Y[k%<f
HUiW#x%;
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: vi')-1Y
KM
OiH
tobM
static holder _1; 1H`T=:P?
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 w-*$gk]
^UHt1[
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); R}IMX9M=
而不用手动写一个函数对象。 Wly-z$\
u;18s-NY
)F4H'
v_?0|Ei[
四. 问题分析 C8>zr6)1
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。 M/C7<?&
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。 ye=*m
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 0{#c
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 vU0j!XqE
下面我们可以对这几个问题进行分析。 OQ;'Xo
Is&z~Xy/
五. 问题1:一致性 ]S4 TX
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?| 4vKp341B
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 R`q*a_
mk.:V64 >;
struct holder ??0C"8:[
{ vY0C(jK
// mJe;BU"y]
template < typename T > /{Ksi+q
T & operator ()( const T & r) const .q$HL t
{ G{
~pA4
return (T & )r; 01<~~6A
} 12BTZ
} ; 0j\?zt?
Se7NF@>9_
这样的话assignment也必须相应改动: xvOGE]n
j_Pt8{[
template < typename Left, typename Right > U?97yc\$
class assignment ImO\X`{
{ 3on]#/"1b
Left l; 58)`1p\c'
Right r; u~FXO[b
public : &^$dHr6v
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} aTF~rAne<
template < typename T2 > t<s:ut)Q!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } zBD ?O!
} ; N)|mA)S)
L1ZhH3}X
同时,holder的operator=也需要改动: n*~=O '
W<C
\g~\
template < typename T > pi7Fd\A
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const rKEi1b
{ +>mbBu!7
return assignment < holder, T > ( * this , t); +ptVAg+
} 3;(;'5|Z
U/'"w
v1y
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。 7WK^eW"y8
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 \o3)\
e]o
, tJ%t#
return l(rhs) = r; ][3H6T!ckL
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。 pwAawm
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ={,\6a|]:
t"Ok-!c|
template < typename Tp > / 4{6`
class constant_t 'X&sH/>r
{ YCZl1ry:V=
const Tp t; cr Hd$~q,
public : &TYTeJ]
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} q8%T)$!
template < typename T > D#|+PG7
const Tp & operator ()( const T & r) const $/^DY&
{ %B+W#Q`
return t; Si#I^aF`%
} t=M:L[bis;
} ; FG]xn(E
`t_S uZ`V
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 zvv<w@rX
下面就可以修改holder的operator=了 jf25Ky~
EfHo1Yn&
template < typename T > SXkUtY$
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ^_W+
{ DZo7T!
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 0gdFXh$!e
} 88(h`RGMh
h?E[28QB
同时也要修改assignment的operator() 8OE=7PK
[@d$XC]Qz
template < typename T2 > K P{|xQ>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } %
C~2k?
现在代码看起来就很一致了。 L1=+x^WQ
%xZYIYKf
六. 问题2:链式操作 w@w(AFV9/
现在让我们来看看如何处理链式操作。 i}teY{pyc
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。
s;V~dxAiv
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。 KW.*LoO
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。 v5STe`
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct R~OameRR
q
SR\=:$
template < typename T > mLApF5Hy
struct result_1 LVNq@,s
{ Ibt~e4f
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; &KinCh7l L
} ; PI_MSiYQ
zUX%$N+w}>
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: sq
`f?tA?
M^^5JNY
template < typename T > gB/4ro8
struct ref f P'qUN
{ #'5|$ug[
typedef T & reference; ):"Z7~j=
} ; al>^}:
template < typename T > RsV<4$
struct ref < T &> ny# ?^.1
{ }
IJ
typedef T & reference; 9))E\U
} ; <vxj*M;
NIZN}DnP
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: %Jy0?W N
]WlE9z7:8
template < typename T > ~2
L{m[s|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const `4^-@}
{ J2A+x\{<
return l(t) = r(t); _<tWy+.
} :|cC7,S
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。 X(sHFVU+
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Hy4c{Ij
g/Q"%GN,
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 5(BB`)
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: q@K8,=/.#
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 W/03L, 1
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 k?r-%oJ7
最后的布局是: n^F:p*)Q%
Add hP1}Do
/ \ 1aEM&=h_W
Divide 5 *sNZ.Y:.
/ \ %`*`HU#X
_1 3 1Rrp#E}
似乎一切都解决了?不。 D7q%rO|F'
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。 lmmB =F
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。 >6fc`3*!
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: }:JE*D|
f#4,2Xf
template < typename Right >
z&fXxp