一. 什么是Lambda KqP#6^ _
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 M869MDo
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, *qpSXmOz
M )(DZ}
oxtay7fx
LFV%&y|L
class filler
05 ^h"
{ b\,+f n
public : y8xE
6i
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} wb ;xRP"w
} ; (**oRwr%
|k9
C/
m(P]k'ZH?
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: ?gXp*>Kg[
1{.9uw"2S
pTuS*MYz
/g.U&oI]D
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); o5)<$P43
9A#i_#[R
iN.n8MN=I
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 $<OD31T
tQ601H>o
HK%7g
Pc]HP
二. 战前分析 y<.5xq5_3
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 ez[Vm:2K
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 l}P=/#</T
3__-nV
/zox$p$?h
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); dQG=G%W
/* --------------------------------------------- */ 2 ? 4!K.
vector < int *> vp( 10 ); bhs
_9ivw
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); gI`m.EH}}N
/* --------------------------------------------- */ >.D4co>
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); [_:nHZb
/* --------------------------------------------- */ )YI(/*+]
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); A?0Nm{O;3v
/* --------------------------------------------- */ O33`+UV"W
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); f,Ghb~y
/* --------------------------------------------- */ 2t1ZIyv3D
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); _WbxH
h>bx}$q
(QiAisE
fTX;.M/%
看了之后,我们可以思考一些问题: kSo"Ak!
1._1, _2是什么? DIUjn;>k8
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。 J,6yYIq
2._1 = 1是在做什么? KG{St{uJ
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。 N)Z?Z+}h
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。 nT)vNWT=
o<!?7g{
m)D|l1AtF
三. 动工 .tr!(O],h
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: H%lVl8oQ
W(/h Vt
(4-CF3D
tZB<on<.)
template < typename T > (uidNq
class assignment *gz{.)W
{ BD7Ni^qI$
T value; S`]k>'
l
public : YA5g';$H*
assignment( const T & v) : value(v) {} Q=dy<kg']
template < typename T2 > _Bj":rzY
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 7IM@i>p%
} ; yaV|AB$v
{(?4!rh
2b8L\$1q
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Jfl!#UAD|n
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment +qdEq_m
<=C?e<Y
@=f\<"$vt
3irl
(;v
class holder AkiDL=;w
{ .5{ab\_af
public : J4U1t2@)9
template < typename T > [opGZ`>)j"
assignment < T > operator = ( const T & t) const ;]:@n;c\
{ ku
M$UYTTX
return assignment < T > (t); 0Wp|1)ljA
} 7 Fsay+a
} ; @9|hMo
PeEj&4k
|! "eWTJ
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: 6D_D' ;o
o3}3p]S\
static holder _1; UkGCyGyZ[
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 {BU;$
#A8sLkY
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Y`wSv NU
而不用手动写一个函数对象。 8*a&Jl
cQ_Hp
<D
"5$B>S(Q
UJ6v(:z<
四. 问题分析 jZrq{Z<
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 %vi83%$'4
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。 BING{ew
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 El"Q'(:/U
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 LBP`hK:>W~
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ?=pT7M
FHI ;)wn=
五. 问题1:一致性 ENY+^7
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?| cj5+NM"
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 3"\l u?-E
Pj%|\kbNs
struct holder %D "I
{ aC)!T
// ^5
Tqy(M
template < typename T > x]ot 2
T & operator ()( const T & r) const &b& ,
{ ^_mj
return (T & )r; Aq7osU1B
} @7n"yp*"
} ; j"Pv0tehw
r",GC]
这样的话assignment也必须相应改动: sCHJ&>m5-
"C`Ub
template < typename Left, typename Right > ]e@Oiq
class assignment Pk)1WK7E
{ QP J4~
Left l; R*r#E{!V;
Right r; S|+o-[e8O
public : 4H]L~^CD
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} $PHvA6D
template < typename T2 > .#pU=v#/[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } UW
EV^ &"x
} ; Thit
VY\&8n}e(
同时,holder的operator=也需要改动: SasJic2M
)53y
AyP
template < typename T > du^J2m{f
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const *CHX
{ *4Y Vv
return assignment < holder, T > ( * this , t); x-3\Ls[I
} <2qr}K{'A
'2^Q1{ :\
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 6)Lk-D
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 tIgN$BHR>
Pgea NK5Y
return l(rhs) = r; $E.I84UfX
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 N87B8rDl
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ?FcAXA/J{
C;urBsC
template < typename Tp > uGlUc<B\*
class constant_t q'82qY
{ a:6m7U)P#5
const Tp t; Tnm.A?
public : M =r)I~
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ~e@z;]CiY
template < typename T > TRq6NB
const Tp & operator ()( const T & r) const yz8jw:d^-
{ ')3
bl3:
return t; gB'6`'
} Q'0d~6n&{
} ; E?0%Z&1h
sON|w86B
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 n.(FQx.F
下面就可以修改holder的operator=了 ,nm*q#R,0
[q #\D
template < typename T > uW36;3[f#1
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const w+CA1q<
{ lU8`F(Mn
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); /I0%Z+`=
} :6\qpex
]?[fsdAQW
同时也要修改assignment的operator() e^D]EA]%
LSr]S79N1
template < typename T2 > ~R92cH>L
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ?.;c$'
现在代码看起来就很一致了。 e**qF=HCw
[HZv8HU|
六. 问题2:链式操作 >\3V a
现在让我们来看看如何处理链式操作。 &KRX[2
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。 c\ l kD-\
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`"[%U
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。 Q$@I"V&G.
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 9zy!Fq
ZExlGC
template < typename T > jtc]>]6i
struct result_1 NHZz _a=
{ g7W"
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 7O-x<P;
} ; H~1jY4E
_"rgET`vW
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:
Z>5b;8
pg)WKbV
template < typename T > 03 #lX(MB
struct ref ut7zVp<"
{ W|63Ir67
typedef T & reference; YteO6A;
} ; 4@#
`t5H
template < typename T > ._{H~R|
struct ref < T &> @r/nF5
{
wcY?rE9
typedef T & reference; %M|hA#04vZ
} ; ckE-",G
_>X+ZlpU:
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 8c^TT&
'AS|ZRr/
template < typename T > b2&0Hx
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const k_nql8H
{ E#N|wq
return l(t) = r(t); ZX./P0
} o]I\6,T/|
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。 %/ #NK1&M
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 {[?(9u7R
1NA.nw.
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 ^ sLdAC
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Cd}<a?m,
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 68WO~*
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 \n|EM@=eE
最后的布局是: lchPpm9
Add m`^q <sj
/ \ A*547=M/(j
Divide 5 Vb]=B~ ^`
/ \ ={@6{-tl
_1 3 57']#j#"hj
似乎一切都解决了?不。 K^<BW(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。 +*/Zu`kzX
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。 z/@slT
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: UJ')I`zuI
?QdWrE_
template < typename Right > PP33i@G
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const
57
Right & rt) const [~c|mOk
{ a'yK~;+_9
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); \\B(r
} Ls+2Zbh
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 68C%B9.b'
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。 |"CZ T#
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。 5(Q%XQV*P
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。 y,,dCca
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。 PmEsN&YP]
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? 0rs"o-s<
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: V#gK$uv
gu.}M:u
template < class Action > v\%HPMlh
class picker : public Action B!L{
{ rlSeu5X6
public : a fW@T2
picker( const Action & act) : Action(act) {} YHygo#4=8
// all the operator overloaded Pw`8Wj
} ; yZ U6xY
6HWE~`ok6
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。 B7E:{9l~s{
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[=r,^YQ
0gP}zM73
template < typename Right > h( u8&MHx
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const
B Qxs~
{ ag;pN*z
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); czgO ;3-C
} .2Elr(&*h
yEoF4bt
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 9x9 T<cx
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。 u(F_oZ~
9ZsVy
template < typename T > struct picker_maker k|PN0&J
{ M; tqp8
typedef picker < constant_t < T > > result; :vQrOn18p
} ; K)|G0n*qS
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > U@)eTHv}6
{ ,77d(bR<
typedef picker < T > result; _FU_Ubkr
} ; $AjHbU.I{
o&)8o5
下面总的结构就有了: ?(F6#"/E
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。 ,pQZ@I\z
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。 ;)z:fToh
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 k&vz7Q`T
至此链式操作完美实现。 u5b|#&-mX
Y>dzR)~3[
W ]?G}Q;
七. 问题3 ;~ $'2f~U
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 tOd&!HYL
m6\E$;`
template < typename T1, typename T2 > ~#[yJNYQ
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const .K2qXw"S#
{ qUW!
G&R
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 4=.89T#<
} b;W3j
&4x}ppX
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: 0#s"e}@v
'ud{m[|
template < typename T1, typename T2 > x$.^"l-vX
struct result_2 L;NvcUFn
{ ?*1uN=oI{*
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; o!Ieb
} ; ;dtA4:IRZ4
%XoiVlT@:
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? {{D)YldtA
这个差事就留给了holder自己。 G kl71VX
%i9E @EV
f<fXsSv(
template < int Order > l\!fj#
class holder; PI:4m%[
template <> e L^|v
class holder < 1 > p6]1w]*R
{ RYQR(v
public : t?-n*9,#S
template < typename T > 5z8d}
I
struct result_1 n&;85IF1
{ TA`1U;c{n
typedef T & result; HIR~"It$
} ; bz2ztH9 n
template < typename T1, typename T2 > WwBOM~/`2
struct result_2 ;!mzyb*
{ L:pYn_
typedef T1 & result; qYjce]c
} ; L~rBAIdD
template < typename T > vrhT<+q
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const +_?hK{Ib"
{ Hz1%x
return (T & )r; t?x<g <PJ4
} wOEj)fp.
template < typename T1, typename T2 > ,c$_t+
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const j_!F*yul
{ 7{)G_?Q&
return (T1 & )r1; +`7i'ff
} ~ Ei $nV
} ; vv3*
j&I
6xe*E[#k\
template <> \FbvHr,
class holder < 2 > :0j?oY~e
{ Yq0| J
public : *8yAG]z
template < typename T > jk; clwyz/
struct result_1 +,TRfP
Fb
{ @uqd.Q
typedef T & result; U0
Yll4E
} ; b8`)y<