一. 什么是Lambda fx#Krr@
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 x4 .Y&Wq#
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, 5U[bn=n
7~H.\4HB
DM[gjfMXu
23|R $s>}i
class filler ?K9zTas@
{ l
NhX)D^t
public : 079mn/8;
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} "eOFp\vPr
} ; G~$[(Fhk
j7u\.xu9
hxX-iQya
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: 1O@y
>cV
16Gp nb
1*vt\,G
wB0Ke
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); >/eV4ma"
EDAVU
y%NZ(Y,v
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 =T3O; i
@+EO3-X5
@9ndr$t
uu`G<n
二. 战前分析 oD?c]}3
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 }bM=)eUfX
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 DI,8y"!5
!c#~g0H+
A!n)Fpk
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); DwBKqhu
/* --------------------------------------------- */ gT8% ?U:
vector < int *> vp( 10 ); b$O1I[o
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); $1< ~J
/* --------------------------------------------- */ 8*\PWl
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); E6njmdu
/* --------------------------------------------- */ $Il:Yw_
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 );
ek9Y9eJ"
/* --------------------------------------------- */ uL1$yf'
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ![}q9aeT
/* --------------------------------------------- */ }_GI%+t
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); P S [ifC
s?-J`k~q
25m6/Y
,{rm<M.)
看了之后,我们可以思考一些问题: B$)&;Q
1._1, _2是什么? |',$5!:0O
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 !W?6,i -]
2._1 = 1是在做什么? =bDy :yY}
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 }2CVA.Qm!
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 Th%2pwvER
OEwKT7CX
q\q8xF~[p
三. 动工 .*acw
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 8&2W^f5
EKTn$k=
z:a%kZQ!0
XZ1oV?Z4
template < typename T > W:V:Ej7 h
class assignment aW.[3M;?v
{ O77bm,E
T value; -Uu65m~:{k
public : !GL
kAV
assignment( const T & v) : value(v) {} fH6mv0
template < typename T2 > t;2\(_A
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } s+RSAyU
} ; M+ljg&fy
f 3t&Bcw$
c u:1|gt
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Ed$;#4
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment L28DBj E)A
64jFbbd-/
O>)Fl42IeD
Tu*"+*r>s
class holder SuuLB6{u3
{ d>OLnG>
F
public : `L#`WC@[o
template < typename T > !`$xN~_
assignment < T > operator = ( const T & t) const [ _Nw5_
{ gdKn!; ,w#
return assignment < T > (t); [Kc"L+H\
} QW[
gDc
} ; I&lb5'6D
^w1&A3=6
`of`u B
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=mk#.j~
m(6SiV=D9
static holder _1; ?9I=XTR
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 c"H59 jE
8a}et8df:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); )CAEqP
而不用手动写一个函数对象。 ']]5xH*U
sH_5.+,`
Z&w/JP?
`<3xi9
四. 问题分析 /yhGc}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。 Jq8CII
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。 $MPh\T
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 KbP( ;
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Iq%f*Zm<
下面我们可以对这几个问题进行分析。 FWu[{X;
T|fmO<e*n
五. 问题1:一致性 zJ9[),;7B
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| :#I7);ol
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 \4qwLM?E^
~,jBm^4
struct holder C[0*>W8o
{ byrK``f
// M`jqUg
template < typename T > ,|u^-J@
T & operator ()( const T & r) const %hnv
go:^g
{ xQ{n|)i>
return (T & )r; "?r=n@Kv
} 45+w)Vf!
} ; @s[Vtw%f
dH8^\s .F
这样的话assignment也必须相应改动: '1u!@=.\G
ZA>p~Zt
template < typename Left, typename Right > Yc]
class assignment (}jYi*B
{ KOqp@K$
Left l; W:z?w2{VI(
Right r; `5$B"p&i
public : *RpBKm&^7
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} /xseI)y.B
template < typename T2 > wAn}ic".b
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } WhU-^`[*
} ; ZBX,4kxK7
YN<:k
Wu
同时,holder的operator=也需要改动: Q;EQ8pL?"
a9<&|L <
template < typename T > :p6.v>s8
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const bm Hl\?
{ +2WvGRC
return assignment < holder, T > ( * this , t); H/Wo~$
} I<v:xTor
V/; / &
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。 } eL*gy
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 _U%fD|t
:j=/>d],%
return l(rhs) = r; /`)>W :
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。 'i5V6yB
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: #4Z]/D2G
kCoTz"Z-
template < typename Tp > N4z(2.
class constant_t K;fRDE){
{ UCv9G/$
const Tp t; XX@@tzN
public : NjL^FqA[
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} )X
dpzWod
template < typename T > }>|!Mf]W?R
const Tp & operator ()( const T & r) const beN(7jo
{ Q8^fgI |
return t; _#2AdhCu
} Q,1TD2)h
} ; x<-n}VK\
equTKM
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 8T2iqqG/1
下面就可以修改holder的operator=了 kS@6'5U
_r6aLm2n
template < typename T > S9'8rn!_
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const $cUTe
{ /N'|Vs,X
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); l_`DQ8L`
} >#jfZ5t
R"0fZENTG
同时也要修改assignment的operator() 9*"Ae0ok1
YH%aPsi
template < typename T2 > #UO#kC<2(B
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Ig*qn# Dd
现在代码看起来就很一致了。 @fML.AT
-5_[m@Vr
六. 问题2:链式操作 |KM<\v(A{
现在让我们来看看如何处理链式操作。 p?q~.YY
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 T{VdlgL
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 E(l'\q'.
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ELlTR/NW
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct GG KD8'j]
pjh o#yP
template < typename T > Tn'_{@E;
struct result_1 Gxj3/&]^Y
{ gp/_# QVWC
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 8LH"j(H
} ; kN99(
BWd{xP y
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: PN$vBFjm
lM<SoC;[
template < typename T > 0d%p<c
struct ref tk"+PTGJT
{ 4IW7^Pq`P
typedef T & reference; }E}b/ulg1
} ; pu"`*NL
template < typename T > 3O W)%
struct ref < T &> (zm5
4
Vm
{ >*5+{~k~4
typedef T & reference; RH+'"f
} ; b.<>CG'
ns{BU->f
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ;T6x$e
j#`d%eQ~J
template < typename T > @L)=epC
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const e>:bV7h
j~
{ 0^27grU>
return l(t) = r(t); ^YpA@`n
} 2I2#o9(Ar
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 `?X=@
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 )AX0x1I|E
PhS`,I^Z
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 NVTNjDF%s
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: cvf@B_iN9
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 <NLor55.]
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 #..-!>lY
最后的布局是: ]T3dZ`-(
Add 0S{dnp
/ \ J5J$qCJq
Divide 5 fCA/
/ \ *=- o0 c
_1 3 gD[Fkq$]
似乎一切都解决了?不。 E>BP 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。 _Gpq=(q)
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。 4|&