一. 什么是Lambda 1,m\Q_
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Su$18a"Bc
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, kEp.0wL'
X(4s;i
<]Ij(+J;
FgXu1-
class filler co
\[{}}
{ "2*G$\
public : qXXYF>Z-
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ^`l"'6
} ; {
z-5GH|
l\q*%'Pe
s@[C&v
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: f 1sy9nQs
5oVLv4Z9u
%M|Z}2qv
L4MxU 2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); xnJjCEZ
x, G6\QmA
i}.{m Et
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 5LDQ^n
it(LphB8
G>
f^ 2
D+bB G
二. 战前分析 Nr>c'TH
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 4JX`>a{<
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 LXBbz;vYl
#JK;&Dg!
8
m%>:}o
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); yd7lcb
[
/* --------------------------------------------- */ p:DL:^zx
vector < int *> vp( 10 ); nAQyxP%
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 3!i.Fmo
/* --------------------------------------------- */ fG:PdIJ7_
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Xz;et>UD*B
/* --------------------------------------------- */ ;X?Ah
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); TYs+XJ'Xj
/* --------------------------------------------- */ u5xU)l3
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); >wz;}9v
/* --------------------------------------------- */ 4^d+l.F
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); <_##YSGh,
}"F
?H:\
F Q8RK~?`
xi
'72
看了之后,我们可以思考一些问题: w$w>N(e
1._1, _2是什么? ovhC42i
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。 @rnp- +kq
2._1 = 1是在做什么? jxRF" GD
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。 C><<0VhU
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。 *(?U
:z0s*,QH
]_^"|RJ
三. 动工 \_m\U.*
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: .V5q$5j
\zk?$'d
:FX'[7;p
RB S[*D
template < typename T > ,pQ'w7
class assignment 3::3r}g
{ DhtU]w}
T value; c!'A)JD@
public : Y9IJ
assignment( const T & v) : value(v) {} K7t&fDI
template < typename T2 > ltCwns
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ua]\xBWx
} ; (SgEt
\Dvl%:8
/0B07B
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 no~O R Q
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 4kW30Ma
wx]+*Lzz
c,#~L7
J~_L4*Jw
class holder }m=tzHB*
{ p56KS5duI.
public : )bB"12Z|8
template < typename T > g|&.v2 '
assignment < T > operator = ( const T & t) const J8sJ~FnUj
{ l _kg3e4
return assignment < T > (t); u4b3bH9U
} LY@1@O2@
} ; hj^G}4
E5,%J
s)=!2A Y
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: -Z`( ?
k
6=Y3(#Ddt
static holder _1; ]Ks]B2Osz
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 B$} wF<`k7
<3SFP3^:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 2 pM
而不用手动写一个函数对象。 kcq9p2zKv
?G~/{m.
WrE-Zti
o1 hdO
四. 问题分析 H{ n>KZ]\
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 .c=$ bQ>^
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。 _1w.B8Lyz@
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 E)&NP}k-P
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 1=9qAp;?o
下面我们可以对这几个问题进行分析。 r+{!@`dYi
Vze!/ED
五. 问题1:一致性 TnvHO_P,
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?| kbIY%\QSO
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 JEK%yMj
>\6jb&,%O
struct holder I,],?DQX2)
{ 6i9Q,4~
// j:rs+1bc
template < typename T > "W?l R4
T & operator ()( const T & r) const OBKC$e6I
{ vxbH^b
return (T & )r; }<5\O*kX4
} eeI9[lTw
} ; /I`cS%U
O Ey:#9<'
这样的话assignment也必须相应改动: sx)$=~o
KRnB[$3F1
template < typename Left, typename Right > E>l#0Zw
class assignment 2R_opbw
{ C,OB3y
Left l; haEZp6Z
Right r; *#prSS
public : CO:m]oj
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} bBeFL~
template < typename T2 > I&'S2=s
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } K^]?@oHO
} ; Mv7w5vTl
~WYE"(
同时,holder的operator=也需要改动: 75hFyh;u
^td!g1"<
template < typename T > jt'Y(u]2
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 8^P2GG'+-
{ 323yAF
return assignment < holder, T > ( * this , t); *'s2
K
} GDo)6du
c"%_]7
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。 Gg}LC+Y
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ?j&~vy= T
UijuJ(Tle
return l(rhs) = r; !~|"LA!jn
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。 9AVK_
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: $.r}g\43P
X_0{*!v8
template < typename Tp > oSu|Yn
class constant_t y7;XOPm
{ AXNszS%4
const Tp t; a!^-~pH:
public : <M=W)2D7
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} G(7\<x:
template < typename T > o3TBRn,
const Tp & operator ()( const T & r) const
FM;;x(sg
{ /_zF?5h
return t; %CsTB0Y7n,
} T,xVQ4J?
} ; cOZajC<G
8eS@<[[F#
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 % b>y
下面就可以修改holder的operator=了 $E4O^0%/p
0-t4+T
template < typename T > m|#(gX|F
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const wNf*/?N
{ p@N Er,GB
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 0()9vTY+
} (7Ca\H3$
tI!R5q;k
同时也要修改assignment的operator() .f.j >
93Ci$#<y
template < typename T2 > o{-USUGj7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } e~2*>5\:
现在代码看起来就很一致了。 }07<(,0n
-fSKJo#}|
六. 问题2:链式操作 AVevYbucB
现在让我们来看看如何处理链式操作。 G"UH4n[1ur
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。 oVuj020
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。 xt<,
(4u
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。 {7pE9R 5
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct /bNVgK`L5
L/ICFa.G
template < typename T > bbPd&7
struct result_1 i_ODgc`H
{ u7y7
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; z7l;|T
} ; B'BbTI,
}&C!^v
o
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: HU'`kimWb
[%)B%h`XGf
template < typename T > {If2[4!z
struct ref 7N~qg 7&
{ #35S7G^ @`
typedef T & reference; )S;Xy`vO
} ; `w+9j-
template < typename T > q@RY.&mgW
struct ref < T &> O,xAu}6f+
{ ?BWvF]p5/
typedef T & reference; 5@&i:vs5y
} ; yg[Oy#^
Kn9=a -b?,
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: [>]VN)_J5
T=p}By3a
template < typename T > ~E6+2t*
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const aab4c^Ms=
{ :PjUl
return l(t) = r(t); OAnn`*5Up
} OrH1fhh
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。 YDzF( ']o:
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 sp|y/r#
? Ge*~d
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 K/.hJ
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 7rDRu]
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 r`E1<aCr|
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 4oaP"T@6
最后的布局是: T[! q&kFB
Add Mp@(/
/ \ ,E8>:-boL
Divide 5 y@8399;l
/ \ 9q@YE_ji
_1 3 wM&x8 <
似乎一切都解决了?不。 fvBC9^3
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。 zl8\jP
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。 I(kIHjV|
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: )
ImIPSL
b%~3+c
template < typename Right > R\Ynn^w
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const VflPNzixb!
Right & rt) const b+j_EA_b
{ m&z%kVsg]
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 7;s0m0<%~
} :)V0zHo&(
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 au}0PnA;
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。 ZxeE6M^w
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.}Ei
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。 m=l3O:~J
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。 IEsD=
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? P :h4
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: (Gk]<`d#N
G@I_6cE
template < class Action > x 3co?
class picker : public Action _nFvM'`<
{ J1ro\"
public : 2F@<{v4
picker( const Action & act) : Action(act) {} )xy{[ K|M(
// all the operator overloaded C%o/
} ; 3)MM5
bb$
iC0,zk4 &
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。 }~,cCtg:o
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: J3S byI!T
Glc4g
template < typename Right > A(sx5Ynp
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const =xWW+w!r
{ dSD}NM
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); D~?*Xv]s~
} n[S*gX0
7XC}C+
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > CpdY)SMSL
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。 5<8>G?Y
f2e$BA
template < typename T > struct picker_maker ]x{ H
{ _^sSI<&m
typedef picker < constant_t < T > > result; ^
J@i7FOb
} ; #"YWz)8
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > -ddatc|
{ x=|@AFI
typedef picker < T > result; >oYwzK0&
} ; $[;eb,
\J
g#X:d
下面总的结构就有了: bD[W~ku
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 \bmboNe
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 X?xm1|\
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 4~MUc!
至此链式操作完美实现。 NW
Qu-]P
x(6.W"-S
A/6nVn
七. 问题3 f5XcBW9E
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 WSccR
BqA wo
template < typename T1, typename T2 > X"59`Yh
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const bGnJ4R3J
{ ebwoMG,B-
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); j`M<M[C*4N
} BnY|t2r
(&x\,19U$
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: c`=hK*
3/<^R}w\
template < typename T1, typename T2 > yAkN2
struct result_2 ?^GsR[-x
{ @
MoMU
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; A+*(Pds
} ; GB Un" _J
rxA)&