一. 什么是Lambda }U1shG[
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 F4(U~n<
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, 8>;o MM
"fd=(&
M*l
%~XJwy-
z4:09!o_
class filler ,
)3+hnFY
{ 2dW-WHaM
public : g c=|<(
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} -3U}
(cZ*
} ; 5z]KkPQ
|noTIAI
$:Zxb
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: HOb\Hn|6jq
Z i&X ,K~
3PeJPw
ED&KJnquWJ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); W\Y
4%y}
q`zR 6
S^=/}PT'
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 30`H
Xv@
[c )\?MWW
G=Bj1ss.
Y%8QFM
二. 战前分析 vG:,oB}
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 vjS7nR"T
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 g&5VorGx
tvCTC ey
8#-}3~l[
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ,W;8!n0
/* --------------------------------------------- */ WLFzLW=PD
vector < int *> vp( 10 ); H}rP{`m
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); NO1]JpR
/* --------------------------------------------- */ vbJMgdHFR
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); CMUphS-KE
/* --------------------------------------------- */ `&JA7UD>
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 1uzfV)
/* --------------------------------------------- */ sM[c\Z]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); J1MnkxJmpQ
/* --------------------------------------------- */ #R|4(HlL
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Z6pDQ^Ii
/tP
1h{_v!X
Yb/^Qk59
看了之后,我们可以思考一些问题: ^>uGbhBp
1._1, _2是什么? C.p*mO&N
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 w=2X[V}
2._1 = 1是在做什么? w`:KexD+
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 (b!DJ;(O9
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ePdzQsnVe
k Er7,c
gRSG[GMV
三. 动工 4}j}8y2)H
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: \/zS@fz
yY|U}]u!V
LnIJw D
UkQocZdZ
template < typename T > FiL
JF!
class assignment qILr+zH
{ 5J3kQ;5Q?
T value; F@3,>~[%I
public : dq&d>f1
assignment( const T & v) : value(v) {} GrIdQi^8
template < typename T2 > ]ORat.*0[T
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ,oe4*b}O=.
} ; 4f5$^uN$qA
ttrp|(
hG)lVo!L4j
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 O[5ti=W
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment @^@-A\7[KO
.quc i(D
cd#TKmh7re
-`o:W?V$u
class holder X_2I4Jz]6
{ Ho|n\7$
public : uqH;1T;s
template < typename T > un=)k;oh
assignment < T > operator = ( const T & t) const 6!N&,I
{ A}# Mrb
return assignment < T > (t); -B!pg7>'##
} rKxk?}
} ; ,"v%
9X~^w_cdk
2(|V1]6D?
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: I+SL0
;2}Gqh )Yr
static holder _1; 2"T&Fp<
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 FSk:J~Z;
X:5*LB\/v
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); f5v|}gMAX
而不用手动写一个函数对象。 *']RYu?X
@ck2j3J/
6dp~19T^
j!/(9*\
四. 问题分析 *lSIT]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。 ;RI,zQ
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。 e2Dj%=`EU
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 2UquN0
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 B HYEd}M
下面我们可以对这几个问题进行分析。 2o;M:+KQ)
+tF,E^
五. 问题1:一致性 .^,vK7
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?| z?^p(UH
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 %/y/,yd
9S^-qQH3}
struct holder OZ&aTm :
{ KN=Orx7Gy
// }e$);A|
template < typename T > V
RL6F2 >6
T & operator ()( const T & r) const O<*iDd`(e
{ (;h\)B!o
return (T & )r; <LE>WfmC
} =9M-N?cV
} ; *V/SI E*8
X}Lp!.i9o
这样的话assignment也必须相应改动: 8V nZ@*
UJI1n?~
template < typename Left, typename Right > RK0IkRXQd
class assignment 6lPGop]js]
{ Q=[&~^Y)
Left l; FP$]D~DMo
Right r; `i-&Z`
public : O-k(5Zb
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} %rsW:nl
template < typename T2 > .B@;ch,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 0M"E6z)9
} ; IlVi1`]w
6S(3tvUr
同时,holder的operator=也需要改动: UcZ3v]$I
G7yxCU(I\
template < typename T > L2N/DB'{
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const TBpW/wz/
{ S}+n\pyQ
return assignment < holder, T > ( * this , t); LX8vVj8K
} cX2b:
g8C+j6uR0
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。 & 3gni4@@
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 83h6>D b
3yQ(,k #
return l(rhs) = r; t|//oEY
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。 ~b+>o
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ~_q\?pw<$L
C1_NGOvT
template < typename Tp > QwiC2}/
class constant_t hOV+}P6
{ #Jn_"cCRLx
const Tp t; Sb<=ROCg@
public : ,^3D"Tky
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 6^p6v
template < typename T > NXV%j},>
const Tp & operator ()( const T & r) const X'5te0v`3
{ yF*JzE 7,
return t; Z7(hW,60
} g+f{I'j
} ; cNHNh[ C
q>Y_I<;'g
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ?#W>^Za=
下面就可以修改holder的operator=了 kn!J`"b
T+\BX$w/4e
template < typename T > PW}Yts7p
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const d;>:<{z@CD
{ #2pgh?
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); sbRg=k&Ns
} =zsXa=<
Ws=J)2q
同时也要修改assignment的operator() Z/64E^
(T@ov~@
template < typename T2 > te1lUQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } A2B&X}K|U
现在代码看起来就很一致了。 8!1o,=I$
% R'eV<
六. 问题2:链式操作 2 `#|;x^<
现在让我们来看看如何处理链式操作。 %j=7e@
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$FLB
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 {MIs%w.G
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 c;j]/R$i
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct [ML4<Eb+x
w ^r*qi"
template < typename T > W?.Y%wc0
struct result_1 }JI5,d
{ 7n#0eska,
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; X'0A"9
} ; >~6
;9{@
<{'':/tXI
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:
BYu|loc
e Q0bx&
template < typename T > ?L_#AdK
struct ref *FO']D
{ ~Su>^T(?-
typedef T & reference; $BG9<:p
} ; pt<84CP
template < typename T > g|W~0A@D
struct ref < T &> r8@:Ko= a
{ {D7!'Rq,
typedef T & reference; pnf3YuB
} ; 0O[q6!&]
#u#s'W
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Nz2}Ma 2
F7mzBrz
template < typename T > r&^4L
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ?L|@{RS{|
{ 6MZfoR
return l(t) = r(t); vq x;FAqZ
} 'I;pS)sb
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 <n0-zCf
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 }Za[<t BWS
3wD6,x-e
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 c!s{QWd%
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: .sCo,
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 HgbJsv$
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 t0?\5q
最后的布局是: .NZ_dz$c
Add W(EU*~<UC
/ \ <>p\9rVp*^
Divide 5 $.v5G>-)3
/ \ GK:*|jV
_1 3 &bTadd%0
似乎一切都解决了?不。 yBeSvsm
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 SdN|-'qf
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 x_#yH3kJ
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: |rsu+0Mtz
='>k|s:
template < typename Right > +i{&"o4}
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const }Vg&9HY
Right & rt) const cJL>,Z<|%
{ @aI`ru+a
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); \\BblzGMR
} 24]O0K
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 KrG$W/<tg
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。 xqLLoSte
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。 GQT|T0>Ro
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。 ,>e)8
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。 i_ I`Y
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? _8t{4C
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: z;1yZ4[G
XVE(p3-
template < class Action > z9E*Mh(NE
class picker : public Action E}yl@8g:#
{ r*y4Vx7
public : 'Ko
T8g\b
picker( const Action & act) : Action(act) {} 2#ypM 9
// all the operator overloaded aZ- )w
} ; H2[S]`?
=p ^Sn,t
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。 =f?| f
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: u:<%!?
lfb]xu]O
template < typename Right > 'lg6<M%#[
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 9tqX77UK
{ fk;39$[
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); @>&UoH}2
} d8e6}C2v
KTd4pW?w
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > /zM
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。 nTp?
`G6Nk@9.
template < typename T > struct picker_maker bv-s}UP0
{ ps^Z)x`GV
typedef picker < constant_t < T > > result; sYgpK92
} ; V] <J^m8
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > @<r;>G
{ L:j;;9Sp{
typedef picker < T > result; E*i <P
} ; ^DM^HSm
#|xK>;
下面总的结构就有了: nu|;(ly
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。 %Gh!h4Pv
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。 NqVe{+1x
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ?kISAA4x
至此链式操作完美实现。 x)5#*Q
<Hig,(=`.
?3k;Yg/
七. 问题3 >ouHR*
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。 `gSqwN<x%
g;D
[XBp
template < typename T1, typename T2 > >a5CW~Z]
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const BbnY9"
{ ~;9B\fE`
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); <Pg4>
} #'_i6
R=_
fk
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: R 6ca;
*&^`Uk,[
template < typename T1, typename T2 > $x)C_WZj?
struct result_2 P0Z1cN}
{ [2WJ>2r}6
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; mtOCk 5E
} ; E0o=
z%<Z#5_N
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? &J,MJ{w6"
这个差事就留给了holder自己。 2<y!3OeN
j:0(=H!#
~L<q9B( @
template < int Order > !:'%'@uc
class holder; z|x0s0q?
template <> G n>#Mvq
class holder < 1 > =TE6R 0b
{ /n"Ib)M
public : KD11<&4_x
template < typename T > n3da@ClBt
struct result_1 'P3CgpF<Z2
{ I&,gCZ#
typedef T & result; * _)xlpy
} ; Tky\W%Ag
template < typename T1, typename T2 > /\q1,}M
struct result_2 |kB1>$
{ }uz*6Z(S
typedef T1 & result; 0R z'#O32V
} ; }lvD 5
template < typename T > G];5'd~C;d
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 1O"7%Pvw
{ dj3}Tjt
return (T & )r; _3i.o$GO
} xlg 6cO
template < typename T1, typename T2 > k z"F4?,
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const B{hP#bYK
{ Ei2hI
return (T1 & )r1; RP?UKOc
} fRS)YE@a:
} ; Q&
j: ai*
f|P%
template <> :OT~xU==H
class holder < 2 > ?j6?KR@#
{ yj13>"n h
public : |j3mI\ANF
template < typename T > (U#4j 6Q
struct result_1 (,z0V+!
{ =BzyI
typedef T & result; G}<%%U D
} ; 3GqvL_
template < typename T1, typename T2 > U
bUl]
struct result_2 @F%H 1
{ X458%)G!(K
typedef T2 & result; cOkjeHs
5
} ; %eW[`uyV
template < typename T > A2LqBirkl
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const wDJbax?
{ TY6
D.ikA
return (T & )r; {ULy B$\-
} "^_9t'0
template < typename T1, typename T2 > %%5K%z,R#
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const k`[ L
{ u2%/</]h
return (T2 & )r2; *8ykE
} X2^`Znq9
} ; nKPvAe(
mMo<C_~w&
~Y]*TP
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 iU]py
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: s
wgn( -
首先 assignment::operator(int, int)被调用: G$FNofQx
tai
return l(i, j) = r(i, j); WtlPgT;wE
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) ;[9WB<t
vl+vzAd
return ( int & )i; K.'II9-{
return ( int & )j; OT/*|Pn9
最后执行i = j; 8JvF4'zx
可见,参数被正确的选择了。 H~y 7o_tg
s"G;rcS}#
l;_zXN
]"? +R+
2@ 4^ 81
八. 中期总结 lrQ +G@#
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: PO9<g%qTf
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 c@iP^;D
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 "uK`!{
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor N]qX^RSb
$42%H#
CtItzp
/4w"akB|P
Ck<