一. 什么是Lambda DWmViuZmL
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 hVf;{p
&
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, P`]p&:
q-R'5p\C?|
(^9dp[2
YAJr@v+Ls
class filler uraT$Q}
{ ,); -v4$
public : F_z1ey`t
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} *di}rQHm
} ; rls\3R(jt
kCvf-;b
"c*&~GSE4
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: r"_SL!,^
; wKsi_``@
_}3NLAqg
la{Iqm{i
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); GPLq$^AH
w3Z;&sFd
P{%R*hb]
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 )9s
6(Iu
U2HAIV8
(hn;C>B
Q@5v> `
二. 战前分析 i27KuPjC
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 /@feY?glc
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 &)GlLpaT
5rlZ'>I.
s8|Fe_
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); t;L7H E@Y
/* --------------------------------------------- */ d[$YTw
vector < int *> vp( 10 ); O#3PUuE%d
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ]JvZ{fA%*
/* --------------------------------------------- */ *Y<1KXFU
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); _>4Qh#6K
/* --------------------------------------------- */ }Sv\$h
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); HsRQiai*
/* --------------------------------------------- */ &09g0K66
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); C[s='v~}
/* --------------------------------------------- */ C*&FApG
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); !7y:|k,ac
k\A[p\
X].Igb)2
7kq6VS;p
看了之后,我们可以思考一些问题: [&K"OQ^\2h
1._1, _2是什么? Bl*.N9*
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。 ZP;WXB`
2._1 = 1是在做什么? t^SND{[WcM
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。 mt*/%>@7R
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。 G[ gfD\
w
.+B h
YT\.${N
三. 动工 r"W,G/;h
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: aa,^+^J
^zVW 3Y q
>v1ajI>O&{
&l
_NCo2
template < typename T > dA=T+u
class assignment .y^T3?}I
{ 9KDm<Q-mf
T value; H-5h-p k
public : F |^tRL-
assignment( const T & v) : value(v) {} #S') i1;
template < typename T2 > U2kl-E:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } thrv_^A
} ; XG;Dj<Dm
@@} ]qT*
8Q\ T,C
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 8Y&_X0T|
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment se`^g
,]P
ql(~3/kA_
uL9O_a;!
b_>x;5k
class holder t)^18 z
{ {RHa1wc
public : MKZq*
template < typename T > >o|.0aw<
assignment < T > operator = ( const T & t) const 3R6=C~
{ NNn sq@?6
return assignment < T > (t); k5o{mWI b
} 'NSfGC%7R
} ; &9Xn:<"`)
t2RL|$>F1
TpAso[r
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: ~Zo;LSI
@JU
Xp
static holder _1; %WAaoR&u
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 W:V.\
lCiRvh1K
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); e(Y5OTus
而不用手动写一个函数对象。 9/$Cq
l } WvO]
re@;6o
EKf! j3
四. 问题分析 CQ/ps,~M
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 %{ +>\0x
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 0q_?<v_1
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 d0}P
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 :[!b";pR
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ]Ia}H+ &
C1po]Ott*
五. 问题1:一致性 @ *n oma
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| ,^@z;xF
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 /f]'_t0\.
) 8 %lZ{
struct holder !T$h?o
{ W WN2
// $64sf?aZ>#
template < typename T > s>ohXISB[
T & operator ()( const T & r) const (\M+E
tU<9
{ HL~DIC%
return (T & )r; eoxEnCU
} Uj twOv|pF
} ; dr^MW?{a\
QW=
X#yrDO
这样的话assignment也必须相应改动: p"d_+
h4N&Ybfo
template < typename Left, typename Right > ~en' E
class assignment |)+45e
{ Mc/=
Fs
Left l; 2|$G<f
Right r; !<= ^&\A
public : L-VisZ-FK
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} V* H7m'za
template < typename T2 > y_{fc$_&
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } M=#g_*d
} ; SshjUNx
.RN2os{
同时,holder的operator=也需要改动: L&G5 kY`
WuMr";2*E
template < typename T > `P?!2\/
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const R/Te;z
{ *s$:"g-
return assignment < holder, T > ( * this , t); ?9ScKN
} D),hSqJ"
tLzKM+Ct#
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。 =PIarUJ
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 }$@ EpM
{"mb)zr
return l(rhs) = r; >N-l2?rE
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Uu~~-5
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: As>P(
36\_Y?zx%
template < typename Tp > } T&~DVM
class constant_t z@U5
{ UNyk,
#4
const Tp t; To =JE}jzo
public : "Zu>cbE
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Ug8>|wCE
template < typename T > /TY=ig1z
const Tp & operator ()( const T & r) const ~qkn1N%'
{ DvY)n<U1qA
return t; hGbSN_F
} v%;Nyab6$
} ; pP^5y{
l^R1XBP
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 MQq!<?/
下面就可以修改holder的operator=了 2 sK\.yS
<8BNqbX
template < typename T > %:yVjb,Yf
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Vu;z|L
{ gfQ1p ?
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); X{8g2](z.
} Pa-{bhllu)
jO}<W 1qy
同时也要修改assignment的operator() A 1B_EX.
!xE@r,'oN
template < typename T2 > `c? 8i
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } t(Gg
1
现在代码看起来就很一致了。 *}=z^;_oq
>j)y7DSE
六. 问题2:链式操作 3Uy(d,N
现在让我们来看看如何处理链式操作。 z?
Ck9
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。 7',WLuD
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。 ZG8Xr"
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。 &VT O9d
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Ue(\-b\)
k;Ask#rs
template < typename T > rT';7>{g
struct result_1 {ZKXT8'
{ c|Fu6LF a
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ?u~?:a@K
} ; @P/6NMjZ^
Vr hd\
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: |nmt /[
;TulRx]EA
template < typename T > 0N):8`dY
struct ref s3y"y_u
{ S@cKo&^
typedef T & reference; (lt{$0
} ; ?wREX[Tqs
template < typename T > Wd?=RO`a
struct ref < T &> s^HI%mdf
{ k:#u%Z
typedef T & reference; #sM*<2vj
} ; t4<+]]
,tak{["
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: y\ax?(z
nx@,oC4
template < typename T > Y'76! Y
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 9](RZ6A+o
{ d$:LUxM#
return l(t) = r(t); 3o`c`;H%p
} 4P^CqD&i
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。 }X~"RQf9
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 fT.MglJcb
^CW{`eBwk
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 bp>M&1^KY
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: d0;<Cw~Tl
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 75eZhs[b
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 F<