一. 什么是Lambda >-./kI "
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 X0r#,u
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, i+
&lMgh
f'?6D+Yw~
q0KXuMK
DoPF/m}
class filler %imBGh
{ (Q
p]0
public : 4`'BaUU(
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} !kk %;XSZ
} ; NcY0pAR*
^zluO
,+5VeRyrV
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: (P52KD[A[
@W5hrei
V/wc[p
~
"GC]E8&>H
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); OTjryJ^
#*aGzF
V;+$/>J`vB
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 QT&Ws+@
s{
y2hFUq
vgbjvyfN
z o))x(
二. 战前分析 Dqcu$V]
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。 GbrPtu2{@V
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 lp%.n= '\
\fFy$
`m0Uj9)#
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 4a50w:Jy]
/* --------------------------------------------- */ WHj4#v(
vector < int *> vp( 10 ); ;7=JU^@D@
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); byxehJ6[V
/* --------------------------------------------- */ 'pls]I]
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); i}{Q\#=#
/* --------------------------------------------- */ ]?^xc[
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); =4\~M"[p
/* --------------------------------------------- */ nX aX=
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); d"`>&8*
/* --------------------------------------------- */ jO
N}&/
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); eeTaF!W
nZ+5@(
*
-oT+;2\2
@X><lz
看了之后,我们可以思考一些问题:
KGwL09)
1._1, _2是什么? Nc Mq>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。 MxA'T(Ay
2._1 = 1是在做什么? UNLNY,P/!)
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。 *H<g9<Dn
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。 6i=wAkn_J
t>u9NZt G
U$J_:~
三. 动工 ewPd hCK
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: . pEeR
]=VI"v<X
/
H/Ne
)r
k3h53QTmC
template < typename T > q x }fn/:
class assignment h#;K9#x6
{ <Y'YpH`l
T value; 5kZ yiC*
public : fx"+ZR
assignment( const T & v) : value(v) {} Nmq5Tv
template < typename T2 > R*#Q=_
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } PY<V
} ; t[ocp;Q
?
NK}q\$
<
l ^ Z;.
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Zpd>' ${4
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment #$)rwm.jW?
CrQ&-!Eh
~m&oa@*=y
zXPj7K*
class holder [cs8/Q8+
{ 3goJ(XI
public : <xNM@!'\h
template < typename T > 5-po>1g'
assignment < T > operator = ( const T & t) const OyZ>R~c'B
{ R7b*(33
return assignment < T > (t); DYl{{L8@
} +38P$Koz{r
} ; WF0>R^SpZ
}TLC b/+
l'f!za0
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: mmK_xu~f28
q0<`XDD`
static holder _1; rnaDo\5
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 pU/.|Sh
:M`BVZ1t
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); oI/ThM`=q
而不用手动写一个函数对象。 F9hWB17u
go5!zSs
g"f^YEQ_
t9{EO#o'k
四. 问题分析 e/Y+S;a
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 @SXgaWr
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 5E=Odep`
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 |XZf:}q5:
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 \}W.RQ^3
下面我们可以对这几个问题进行分析。 [X]o`
v$Z1Lh
五. 问题1:一致性 LOzKpvGl
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?| 1)ne-e
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ,Fiiw
2Mp;/b!
struct holder IgJC>;]u
{ 6 [E"
// @RW%EXKt
template < typename T > SF7
Scd
T & operator ()( const T & r) const Nx'j+>bz>y
{ `!N?#N:b)
return (T & )r; 471}'3
} |n8^Xsx4w
} ; L zC~> Uj
uyIA]OtyN
这样的话assignment也必须相应改动: V-0Y~T
<D}k@M
Z
template < typename Left, typename Right > AaVlNjB
class assignment 'z/hj>B<
{ \)*qW[C$a
Left l; x`&W[AA4
Right r; _45"Z}Zx
public : pP&~S<[
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} mDUS9>
template < typename T2 > ,*US) &x
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } SbY i|V,H
} ; =UN:IzT
G].Z| Z9
同时,holder的operator=也需要改动: sXA=KD8
zuw6YY8kQ
template < typename T > &CgD smJo#
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const vHmn)d1pl
{ q=U=Y
n
return assignment < holder, T > ( * this , t); `fXcW)
} &I8ZVtg
nM#\4Q[}Jh
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 n7vi@^lf(
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 :v`o="
r.[k D"l
return l(rhs) = r; MeC@+@C
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 HXX"B,N
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: H`sV\'`!}
JXrMtSp\
template < typename Tp > =x>KA*O1
class constant_t 70@:!HI]
{ hz!.|U@,{<
const Tp t; t+t&eg
public : 1QThAFN
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} @L0.Z1 ).
template < typename T > 5K0Isuu>>
const Tp & operator ()( const T & r) const {.v+ iSM
{ h8Gp>b
return t; TeHR,GB
} ;-59#S&?tB
} ; `J;_!~:
iVE+c"c!2&
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 u7K0m!
jW
下面就可以修改holder的operator=了 EG,RlmcPp
tlE+G@|^
template < typename T > (c;$^xZK
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const -70Ut
4B
{ xGjEEBL
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); |X>:"?4t
} z'
@F@k6
E8/P D
同时也要修改assignment的operator() <Fi/!
Y:O%xtGi
template < typename T2 > BQsy)H`4E
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } b1-JnEc
现在代码看起来就很一致了。 *x$\5;A
ws@;2?%A
六. 问题2:链式操作 koFY7;_<?
现在让我们来看看如何处理链式操作。 f5AK@]4G
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 e(cctC|l
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 Lf3:' n
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ~Os~pTo
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Wcbb3N$+
1N2s[ \q$
template < typename T > 99vm7"5 hQ
struct result_1 {/N4/gu
{ 7cH[}v`pn
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; B+ +:7!
} ; A#*0mJ8IK
.7"
f~%&oP
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: SBs_rhe
WI' ;e4
template < typename T > `8EHhN;
struct ref KnKV+:"
{ -
3kg,=HU;
typedef T & reference; K[O'@v
} ; !>+YEZ"
template < typename T > jU/0a=h9
struct ref < T &> >zVj+
{ |\J8:b>}
typedef T & reference; Qn_*(CSp
} ; $3k5hDA0e
'Tj9btM*cL
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: &Nl:
Srg`Tt]
template < typename T > %&0_0BU
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ND77(I$3s
{ C[z5&
x2
return l(t) = r(t); L'M'I0"/
} 1*, f
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 l*rli[No
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 r$<[`L+6
8wMu^3r
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 _Gvn1"l
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: bd_&=VLTC
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 >fNRwmi
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 LR|L P)I
最后的布局是: gZ8n[zxf6
Add 8bd&XieE
/ \ W6:ei.d+NS
Divide 5 B@U;[cO&
/ \ )*Xd
_1 3 ckG`^<
似乎一切都解决了?不。 =^#^Mq)
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。 )%FRBO]
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。 c0h:Vqk-
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: D',[M)
;n0VF77>O
template < typename Right > d[eN#<
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const MZ]#9/
Right & rt) const w_4/::K*
{ OFH!z{*
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ?(rJ
}
p}I,!~}
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 KElzYZl8
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。 M*6}# ST
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。 \qk+cK;+
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。 F-0 |&0
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。 zI1-l9 o
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? ksb.]P d.
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: xd
}g1c
&