一. 什么是Lambda 8RHUeRX
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 bW:!5"_{H
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, IAyp 2
>@Kx>cg+
l}P=/#</T
|1Z)E+q*:
class filler 9jGu}Vo
{ -F3-{E
public : EiaW1Cs
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} wdoR%b{M
} ; qxJ\ye+'*
.X;K%J2
J9 I:Q<;
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: *=xr-!MEk
_','9|
4 H&#q>
DW3G
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); og>uj>H&
4I(Xy]wm
O&hTNIfi
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 e~(5%CO>#j
-7|H}!DFT
$Z>'Jp
o;RI*I
二. 战前分析 .eC1qWZJpd
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 UL9n-M=
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 [.}oyz;}N
;O#>Y
\^1E4C\":
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); @KUWxFak
/* --------------------------------------------- */ EBmt9S
vector < int *> vp( 10 ); d0 /#nz
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Z #m+ObHK1
/* --------------------------------------------- */ (Awm9|.{+
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); G]aOHJ:.
/* --------------------------------------------- */ kvj#c
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); U`s{Jm
/* --------------------------------------------- */ 3= ;<$+I6
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); R/a*LSe@&
/* --------------------------------------------- */ >KKMcTOYY
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); tZB<on<.)
(uidNq
)=-szJjXZ
q" 5(H5
看了之后,我们可以思考一些问题: "J3x_~,[4m
1._1, _2是什么? J|rq*XD}q
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。 8Cv?Z.x5
2._1 = 1是在做什么? Z5]>pJFq,
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。 l9H!au=
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。 7cMv/g^h@
rQ snhv
An/|+r\
三. 动工 >c}u>]D
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: AkiDL=;w
;xn0;V'=
J4U1t2@)9
[opGZ`>)j"
template < typename T > ;]:@n;c\
class assignment caX<
n>
{ h!9ei6
T value; _u9Jxw?F@Y
public : PeEj&4k
assignment( const T & v) : value(v) {} 6D_D' ;o
template < typename T2 > |
VDV<g5h
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } IO:G1;[/2L
} ; FML(4BY,
Wh{tZ~c
( &x['IR
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 bi;1s'Y<D
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment g<
.qUBPKX
13/]DF,S"^
P{^6v=8)
C+&l<
fM&
class holder Eu04e N
{ seeBS/%
public : ZqO^f*F>h
template < typename T > 18:%~>.!
assignment < T > operator = ( const T & t) const 0+b1vhQ
{ #C@FYOf*
return assignment < T > (t); ,5<Cd,`*
} .(2ik5A%9
} ; 3"\l u?-E
Pj%|\kbNs
VJll
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: \Y}8S/]
mpJ#:}n
static holder _1; x]ot 2
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 @"H>niG
"" ZQ/t\
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Aq7osU1B
而不用手动写一个函数对象。 @7n"yp*"
j"Pv0tehw
h@@=M
sCHJ&>m5-
四. 问题分析 NQ2E
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。 ;,e2egC'
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。 BIL Lq8)
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 jWfa;&Ra
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 u\JNr}bL
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Nda *L|
_zMW=nypdx
五. 问题1:一致性 .#pU=v#/[
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?| UW
EV^ &"x
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 t\ewHZG"
Owk |@6!
struct holder SasJic2M
{ )53y
AyP
// du^J2m{f
template < typename T > 65^9
T & operator ()( const T & r) const _:27]K:
{ x-3\Ls[I
return (T & )r; <2qr}K{'A
} Hj,A5#|=J
} ; 6)Lk-D
:9 ^*
^T
这样的话assignment也必须相应改动: kMd.h[X~
wj0\$NQ=x
template < typename Left, typename Right > 6!FQzFCZq
class assignment VP]% Hni]
{ I~XSn>-H
Left l; S{m%H{A!
Right r; *;*r8[U}q
public : PwLZkr@4^
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} -3Vx76Y
template < typename T2 > 4{`{WI{
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } U/NoP4~{
} ; ~qOa\#x_
}vM("v|M
同时,holder的operator=也需要改动: @;RXLq/8
V~5jfcd
template < typename T > OI*Xt`
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const vRO
_Q?
{ wAW5
Z0D
return assignment < holder, T > ( * this , t); =C.$
UX
} D}X\Ca"h
"#\;H$+
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 w+CA1q<
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 lU8`F(Mn
/I0%Z+`=
return l(rhs) = r; :6\qpex
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 :20W\P<O!A
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: CizX<Cr}
B&uz;L3
template < typename Tp > s-T\r"d=j
class constant_t 0:Ol7
{ )P|),S,;Z
const Tp t; [u*5z.^
public : .0]<k,JZZ
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} "a U
aotx
template < typename T > Y/zj[>
const Tp & operator ()( const T & r) const 65Yv4pNL
{ C>*u()q>4h
return t; ?<'}r7D
} #4 pB@_
} ; hQDXlFHT
r\V
={p
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 OpYY{f
下面就可以修改holder的operator=了 AkQ~k0i}b
!d0kV,F:
template < typename T > %OOl'o"V{s
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const `RL"AH:+
{ j#q-^h3H
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t));
Z>5b;8
} [3|P 7?W/
03 #lX(MB
同时也要修改assignment的operator() ut7zVp<"
X_\otVh(D
template < typename T2 > '16b2n+F@#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } '$%l7
现在代码看起来就很一致了。 ,1o FPa{?
OYTkV}tG
六. 问题2:链式操作 %Y*Ndt 4
现在让我们来看看如何处理链式操作。
wcY?rE9
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。 JrRH\+4K
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。 j HJ`,#
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。 L0WN\|D
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct b!5~7Ub.No
UrEs4R1#
template < typename T > 2!=f hN
struct result_1 *YuF0Yt
{ 9m~p0 ILh
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; *wB1,U{
} ; 5taT5?n2
e h?zNu2=
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: P?of<i2E
ExL0?FemWV
template < typename T > L>4"(
struct ref -4{<=y?"a
{ LuvY<~u
typedef T & reference; (V67`Z )
} ; .jjG(L
template < typename T > H]Z$OpI
struct ref < T &>
tG22#F`
{ t=W}SH
typedef T & reference; mSl.mi(JiZ
} ; ;,:`1UI
+*/Zu`kzX
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: z/@slT
9Y_HyOZ*GX
template < typename T > 9N3o-=
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const p]2128kqx
{ >V8-i`
return l(t) = r(t); )cMh0SGcM1
} jLHkOk5{:
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 S k\K4
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 :emiQ
Iom'Y@x
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 30T)!y
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: nazZ*lC
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Gm^U;u}=f
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 EaY?aAuS:
最后的布局是: Zw
S F^
Add U$D65B4=
/ \ N]=q|D
Divide 5 8\A#CQ5b
/ \ ^KT Y?
_1 3 scz&h#0V
似乎一切都解决了?不。 [MM~H0=s
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。 !Pfr,a
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。 7CURhDdk
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: ^EQ<SCh
?Z[[2\DR
template < typename Right > B7E:{9l~s{
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const wc^tgE
Right & rt) const h( u8&MHx
{
B Qxs~
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ag;pN*z
} .2Elr(&*h
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 b&N'C9/8
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。 9x9 T<cx
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。 u(F_oZ~
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。 9ZsVy
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。 w4{<n/"
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? paE[rS\
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: 3J|F?M"N7
}?_?V&K|
template < class Action > 4-y:/8
class picker : public Action By",rD- r
{ :v&$o'Sak
public : SBk4_J/_
picker( const Action & act) : Action(act) {} u$Jz~:=,
// all the operator overloaded .|>3k'<l
} ; ep)n_!$OH"
`V)8
QRN(
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 Em
!/a$
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: ' ;FnIZ
|tMWCA
template < typename Right > E`usknf>l
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Vl=l?A8
{ a;qryUyG
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); =M[bnq*\
}
PQSP&
jB Z&Ad@e
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 4=.89T#<
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。 G3vxjD<DMW
&P}_bx
template < typename T > struct picker_maker oC: {aK6\
{ G+"t/?/
typedef picker < constant_t < T > > result; 5o'FS{6U
} ; 7<#U(,YEA
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ;oKZ!ND
{ qJa H,
typedef picker < T > result; {
Vf XsI
} ; r|fL&dtr
Zd}9O jz5
下面总的结构就有了: RSyUaA
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。 y@: h4u"3
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。 ^?7-r6
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 +-U- D?-
至此链式操作完美实现。
Rn(ec
s_OF( o
~IfJwBn-i
七. 问题3 tGh~!|P
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。 Ms5ap<q#
HIR~"It$
template < typename T1, typename T2 > bz2ztH9 n
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const i$:*Pb3mV
{ v6M6>&RR|
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); L:pYn_
} ]7F=u!/`<C
Ng2@z<>.
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: HV!m8k=6
JPc+rfF
template < typename T1, typename T2 > $%CF8\0
struct result_2 sV{,S>s
{ Sw8]EH6
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; r6MMCJ|G
} ; 3G)#5Lf<
7uS~MW
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? ?GoR^p #p
这个差事就留给了holder自己。 RXpw!
rb2S7k0{
Jr
,;>
template < int Order > D3Ig>gKo?m
class holder; ug!s7fo^
template <> J6s`'gFns
class holder < 1 > qo90t{|c
{ 'KS,'%
public : nQX:T;WL@
template < typename T > uD$u2
struct result_1 /ivJsPH
{ Pmr5S4Ka
typedef T & result; B:;pvW]
} ; 8>2.UrC
template < typename T1, typename T2 > j9x<Y]
struct result_2
nzuX&bSw
{ 1MP~dRZ$
typedef T1 & result; L%*!`TN
} ; av}k)ZT_
template < typename T > w;[NH/A^a
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const fNli
{ \}u
Y'F
return (T & )r; 7 S#J>*
} UqFO|r"M
template < typename T1, typename T2 > ^pAAzr"hv
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const E"\<s3
{ 53;}Nt#R
return (T1 & )r1; xjuN-
} d6?j`~[7#-
} ; ]_mb7X>
f}#~-.NGs
template <> c@!_/0
class holder < 2 > $Uq|w[LA
{ -[4T
public : jiV<+T?
template < typename T > ^EtMxF@D
struct result_1 k2omJ$?v
{ ITE{@1
typedef T & result; Xk~D$~4<
} ; Gv!2f
template < typename T1, typename T2 > ~NrG`
D}
struct result_2 EnKR%Ctw
{ iW]j9} t
typedef T2 & result; v}}F,c(f
} ; 7Utn\l
template < typename T > U8s2|G;K
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const !=*g@mgF
{ T]f ;km
return (T & )r; ExY] Sdx
} MnsJEvn/
template < typename T1, typename T2 > 0rQMLx
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const E<{R.r
{ .;y.]Z/;
return (T2 & )r2; Z,
zWuE3
} #vz7y(v
} ; e8>})
qTRsZz@
,8S/t+H
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> >。 -/wtI
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: tVYF{3BhA
首先 assignment::operator(int, int)被调用: :;RMo2Tl
`&r