一. 什么是Lambda EYSBC",
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 |31/*J!@z*
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, UH`cWV Lpr
XCj8QM.o
%`\=qSf*
Wa<SYJ
class filler Lk2;\ D>
{ ,;)_$%bHc
public : qQp;i{X
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} bY}:!aR<mK
} ; bj,cU)t0
o:PdPuZVR
"5@\"L
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: M,dp;
g=e~YM85
a\*_b2 ^n
(d*~Qpi{7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); x:iLBYf
1 Szv4
{]Ec:6
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 guk{3<d:Jy
X86r`}
ZZrvl4h
zbAyYMtEk
二. 战前分析 Mz: "p.
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 v,Uu)Z
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 UTVqoCHA
UO4z~
W%@0Y m`7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); )St`}qu;
/* --------------------------------------------- */ Jvr`9<`
vector < int *> vp( 10 ); ?wpl
88z
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ImsyyeY]
/* --------------------------------------------- */ ypWhH
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); -\~HAnh
/* --------------------------------------------- */ NX8.
\Pf#
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); >D_!d@Z
/* --------------------------------------------- */ A7R [~
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); PYyT#AcW2
/* --------------------------------------------- */ AHet,N
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); l,ic-Y1
@umn[J#*
e'2w-^7
_Lgi5B%
看了之后,我们可以思考一些问题: 09J,!NN
1._1, _2是什么? e4<St`K
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 +2,EK
2._1 = 1是在做什么? t#2szr+
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 >0S(se$
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。 Le2rc*T
7`HKa@
+6s6QeNS8
三. 动工 ]23+ d/
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: {w mP
4^7*R
juEH$7N!
C}]143a/Q
template < typename T > gg@Ew4L&
class assignment I[KAW"
{ r#(*x 2~,
T value; 4[rX\?^e
public : M3s:B& /
assignment( const T & v) : value(v) {} ,U.|+i{
template < typename T2 > <~
?LU^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } #Yx
/ubg6
} ; c/}-pZn<
nU/x,W[}
|?\2F
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 H8h,JBg5<F
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment uQ3W =
Ygc.0VKMR
(r/))I9^
Q1RUmIe_&
class holder KouIzWf.
{ ;!B>b)%
public : 2#@-t{\3-p
template < typename T > ~j[mM E}
assignment < T > operator = ( const T & t) const /! M%9gu
{ ]uXmug
return assignment < T > (t); @5{h+ ^
} h3V;
J
} ; >S@><[C
vu3zZMl
emG1Wyl
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 9>ML;$T&
P.3kcZ
static holder _1; P(B&*1X
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 KSO%89R'
u_.Ig|Va
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); VKu|=m2vB
而不用手动写一个函数对象。 USV;j%U4*
a 1~@m[
bdj')%@n
* & : J
四. 问题分析 3^]Kd
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。 smPZ%P}P+c
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。 ZmS
]4WM<
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 bq z*90
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 K
Vnz{cx`
下面我们可以对这几个问题进行分析。 JnS@}m
]Uul~T
五. 问题1:一致性 ; Z2
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?| ;eC8|
Xz
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ,EH^3ODD
CJt(c,!z
struct holder 6JD~G\$
{ ^]9.$$GU\A
// JPq' C$
template < typename T > 7upN:7D-
T & operator ()( const T & r) const `FByME
{ bf/z
T0
return (T & )r; Xbc:Vr
} ;M5]XCPk
} ; Oe&gTXo
K%YR; )5A
这样的话assignment也必须相应改动: HJ!P]X_J1
WnQ+
template < typename Left, typename Right > :U6Q==B$_
class assignment %)=c#H1
{ >(Fy6m
Left l; VujIKc#4
Right r;
m">2XGCn
public : Dj{=Y`Tw
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} /e7BW0$1
template < typename T2 > 6f&qtJQ<A
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; }
\1?:
} ; ?{r -z3@ N
Q\aC:68
同时,holder的operator=也需要改动: ),I g u
AizLzR$OG
template < typename T > JxlZ,FF$@
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const qTV.DCP
{ QoS]QY'bZ
return assignment < holder, T > ( * this , t); zRgl`zREr
} Z(BZGO<
K5 Z'kkOk
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。 AX6l=jFZx
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 GE}>{x=^x
Z;cA_}5
return l(rhs) = r; a[RqK#
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:V/i:IZfR
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: -qpe;=g&f
Xd'B0kQaT
template < typename Tp > t^7}j4lk
class constant_t j~O"=?7!O
{ VTn6@z_ x
const Tp t; vO8CT-)
public : >Slu?{l'
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} YT<(2u#Ng
template < typename T > 8xYeaK
const Tp & operator ()( const T & r) const E]ZIm
{ 7%i6zP/a
return t; s:^Xtox/
} MG4(,"c!
} ; N.-*ig.YR7
Zi.w+V
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 A3Y}|7QA
下面就可以修改holder的operator=了 8\m[Nuq5
ZC9S0Z
template < typename T > CFG(4IMx
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 6 IKi*}
{ I~25}(IDZ"
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ]GXE2A_i;
} PGA
`R
K&;/hdS=F
同时也要修改assignment的operator() F`57;)F
s;xErH@RA
template < typename T2 > G9h B p
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } hc]5f3Z
现在代码看起来就很一致了。 $#FA/+<&$
Cd7l+~*Y
六. 问题2:链式操作 1_z~<d
@?;
现在让我们来看看如何处理链式操作。 r_3=+
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。 Y{2L[5_1
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。 %
r0AhWv
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。 P*kC>lvSv
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct eKL3Y_5p@
)`}4rD^b
template < typename T > [#/@v/`
struct result_1 qIk(ei
{ /y-8dgv0a
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; / a$B8,
} ; qoOq47F
$rH}2
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: lfte
_tfi6UQ&lY
template < typename T > K(Ak+&[
struct ref W"1=K]B
{ !6eF8T
typedef T & reference; KHoDD=O
} ; Sxcp
[g;
template < typename T > pGsu#`t
struct ref < T &> mh8)yy5\
{ k
Hh0&~(
typedef T & reference; ^Dys#^
} ; 6<9gVh<=w
yGlOs]>n
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: e%KCcU
y-)5d
template < typename T > 5Pd^Sew
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const B{ cb'\C
{ 3=IY0Q>/(
return l(t) = r(t); H`NT`BE
} 6='x}Qb \H
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 #)( D_*
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 pxHJX2
9^^:Y3j
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 qfyuq]
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: _hi8mo
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ^q/_D%]C
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 N6!$V7oT
最后的布局是: a<&GsDw
Add "SU
O2-Gj
/ \ )%~<EJ*&Z
Divide 5 y\<