一. 什么是Lambda &Fjilx'k
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 RWCS
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, 4Z9wzQ>
~qxXou,J
!"%sp6Wc
mthl?,I|
class filler o'/C$E4W
{ ;bZ*6-\!-
public : 1Uk~m
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} vN:[
} ; )C]&ui~1
*Ne&SXg
ROS"VV<
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: g ypq`F
7CM03R[P
h6y4Ii
><Z3<7K9
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); n~u3
J+jmSK%z
ih |Ky+ !
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 e=sJMzm~
F*t_lN5{
F'FZ?*a
x9"4vp
二. 战前分析 @B[Cc`IN"
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 l/zC##1+.
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 P<!$A
9,f<Nb(\
7G(f1Y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); V}fKV6 v9
/* --------------------------------------------- */ > '
0 ][~
vector < int *> vp( 10 ); AAq=,=:R<
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); F(9
Y/UXH
/* --------------------------------------------- */ .*-w UBr
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); _iJXp0g
/* --------------------------------------------- */ :dIQV(iW
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 'z}M[h
K]
/* --------------------------------------------- */ 68<Z\WP
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); =yX&p:-&
/* --------------------------------------------- */ r>~d[,^$m4
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); V!77YFen %
_T|H69 J
RE
$3| z
|W*@}D
看了之后,我们可以思考一些问题: %=9yzIjbAt
1._1, _2是什么? uO@3vY',n
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 |\|)j>[i
2._1 = 1是在做什么? 7k=F6k0)
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 B$TChc3B
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。 @ Rx6 >52>
6w"( y~c1
@D~+D@i$TW
三. 动工
'nWs0iH.
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 9/1+BQ
p^igscPF6
$@_t5?n``F
<2O7R}j7v
template < typename T > KBw9(
class assignment r<X 4ER
{ %aH$Tb%`hc
T value; PN"8 Y
public : #CA%]*l*F
assignment( const T & v) : value(v) {} P B(
template < typename T2 > p/k<wCm6
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } poQdI?ed,
} ; F|?+>c1}
9#&W!f*qO|
l^ 0_>R
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 hzQ+9-qA
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment /}$T38
:Wg-@d
(#bp`Kih
xd|~+4
class holder l{6` k<J(
{ =,4
'"
public : K6v
$#{$6
template < typename T > aM{@1mBm
assignment < T > operator = ( const T & t) const Seq]NkgY
{ i#RElH
return assignment < T > (t); P}hY{y'
} Z.:<TrN
} ; Q^lQi\[
+~
3w5.8
NSS4vtA
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: Du^x=;
UW hn1N
static holder _1; ,rZn`9
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 5:%..e`T
hqs $yb
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); sq~+1(X
而不用手动写一个函数对象。 ESD<8OR
9p2>`L
6Lg!Lodu
@A2/@]H Bm
四. 问题分析 ]l=O%Ev
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。 eu}Fd@GO
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。 B;GxfYj
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 L19MP
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 x2C/L
下面我们可以对这几个问题进行分析。 =t3vbV
N.0HfYf
五. 问题1:一致性 Ht|",1yr+
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?| $N;"}Gz
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 j|[(*i%7|
HDF"]l;
struct holder 3}B5hht"D
{ ADYx.8M|9i
// 8cK\myn.
template < typename T > =w^TcV
T & operator ()( const T & r) const 'Aj(i/CM
{ s(AJkO'`
return (T & )r; |66m` <
} fJLf7+q
} ; #\pP2
b JfD\
这样的话assignment也必须相应改动: #
0GGc.
<i}q=%W!1
template < typename Left, typename Right > (PS$e~Hs
class assignment 3P//H88LY
{ [d4,gEx`Q\
Left l; ORowx,(hX
Right r; vWU%ST
public : Opv1B2
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ':l"mkd+`
template < typename T2 > f?%qUD_#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } `'p`PyMt`
} ; rI0)F
:E>&s9Yj?
同时,holder的operator=也需要改动: h/I@_?k+
m[Z6VHn
template < typename T > uR#'lb`3
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ^^G-kg
{ .OmQ'
return assignment < holder, T > ( * this , t); ?k{|Lk
} gyi)T?uS)
@Q;i.u{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。 P*pbwV#|
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 r\(v+cd
S:ls[9G[3
return l(rhs) = r; 9i0M/vx
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。 =op`fn%
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: tC&fAE:S
u3 ]Uxy
template < typename Tp > [{`)j
class constant_t p?Ed-
S
{ sFLcOPj-%
const Tp t; Hqvc7 -c6
public : >b>MKm>q
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} PzjaCp'
template < typename T > Ptx,2e&Hq
const Tp & operator ()( const T & r) const [%)@|^hw91
{ E{uf\Fc
return t; !w q4EV
} 42fprt
} ; Q[M (Wqg
$+Vmwd;
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 '!!e+\h#
下面就可以修改holder的operator=了 R
N@^j
bRNK.[|
template < typename T > 7p^@;@V
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ~<n(y-P^
{ >;)2NrJV
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); "2a$1Wmj(
} 0Cl,8P
NZ>7dJ
同时也要修改assignment的operator() CoU3S,;*
}2lO _i}L
template < typename T2 > ;SgD 5Ln}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } i;c'P}[K
现在代码看起来就很一致了。 Pg/T^n&
V1<ow'^i
六. 问题2:链式操作 %`#G92Z_
现在让我们来看看如何处理链式操作。 tM)Iir*U#
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 QU.0Elw
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 OB~C} '^$
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。 M;*$gV<x
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct GuT6K}~|D
e^QVn\<c
template < typename T > =p]mX)I_
struct result_1 )!e3.C|V1W
{ 9 ~~qAoD
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; }|Uj"e
} ; t05_Px!mW
RdgVBG#Z1
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: X8Xn\E
VJDoH
template < typename T > f')c/Yw
struct ref wepwXy"
{ ob
E:kNE9
typedef T & reference; OkpwhkPL5
} ; q +R*Hi
template < typename T >
9RQU?
struct ref < T &> # :#M{1I
{ "V4Q2T
T
typedef T & reference; (?\?it-
} ; o~#f1$|Xn
y}N&/}M:}8
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: p*
RC
icE|.[
template < typename T > .s2$al
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const G}VDEC
{ +3;Ody"59
return l(t) = r(t); g:_hj_1Y M
} ;1 |x
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 ~^&R#4J
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 II;Te7~
~.Cv
DJy
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 @RGDhwS47
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: CbOCk:,g5
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Stxp3\jEn
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 q\Rq!7(
最后的布局是: SWs3SYJ\
Add T~Ly^|Ihz
/ \ fG&=Ogy
Divide 5 jY/ARBC}H
/ \ 537?9
_1 3 y<uAp
似乎一切都解决了?不。 @'i+ff\
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ;F5"}x
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 R)oB!$k
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: *%\mZ,s"
S/4r\6
template < typename Right > @vRwzc\
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ]78!!G[`
Right & rt) const r|GY]9
{ W;zpt|kAH
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); XA<ozq'
} *}cSE|S%
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 7+nm31,<O
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。 >{5
p0
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。 ET:T7
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。 1u~ MXGF
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。 "3fBY\>a
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? Icx7.Y
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: 53Yxz3v
I [0!SIqY
template < class Action > _?`&JF