一. 什么是Lambda ~AaEa,LQ
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Ug0c0z!b
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, lq3D!+m
~-H3]
JURu>-i
s 8K.A~5 w
class filler J_yXL7d
{ 862rol
public : ]i,o+xBKH
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} @C=gMn.E
} ; &k_LK
7KUf,0D
byt$Wqdl
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: 3
.j/D^
F_w+8)DZ
Bnwq!i!M
JP( tf+
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ;C1#[U1Uy
T)q
Uf
H
^gyI-S(;
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 BaP'y8dVN
tG9C(D`G
&F7_0iAP(
=)jo}MB
二. 战前分析 d+]= l+&
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 QH7 GEj]
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 I} Q+{/?/
WO!OaC?+B,
&'Nzw2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Fx1FxwIJ
/* --------------------------------------------- */ sEfT#$ a^8
vector < int *> vp( 10 ); :YkAp9civ
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); qvWi;
/* --------------------------------------------- */ e9Gu`$K
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); $7Z-Nn38
/* --------------------------------------------- */ 6#jql
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); %B1TN#KoT
/* --------------------------------------------- */ mv,a>Cvs[
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); T <k;^iqR
/* --------------------------------------------- */ D-i, C~W
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 6'uCwAQU
X$Q.A^9
KMqGWO*
bJ6C7-w:wa
看了之后,我们可以思考一些问题: >6WZSw/Hq
1._1, _2是什么? ?D9iCP~~
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。 hG<[F@d
2._1 = 1是在做什么? -nUK%a"(D
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。 ^ )!eiM
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。 '+iLW~
(IjM
km^ZF<. @
三. 动工 jyyig%
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Y1ca=ewFx
7cB{Iq0+
Tw*p^rU
{<}Hut:a
template < typename T > OfA+|xT&
class assignment #<
:`:@2
{ \3K7)o^
T value; *h).V&::O
public : qq[Dr|%7
assignment( const T & v) : value(v) {} QKVOc,Fp7i
template < typename T2 > ]8$H 'u(C
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } .YB/7-%M[
} ; :mLXB75gH
\x4:i\Fx@
}F9#3W&`c
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 $II~tO
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment nsV=
>/}p{Tj
s!MD8ia
kj4=Q\Rfm
class holder 5X5UUdTM
{ @y * TVy
public : rHOhi|+
template < typename T > `e3$jy@
assignment < T > operator = ( const T & t) const JwWxM3(%t
{ T9kc(i'
return assignment < T > (t); 9CN'29c
} B` +,
8
} ; FK-q-PKO#.
jpW_q+^?
cuy9QBB
:
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: bBo>Y7%
BOy&3.h5?
static holder _1; ;qWSfCt/^
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 tgl 4pAc
k w
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); OkT@ _U
而不用手动写一个函数对象。 ]Z85%q^`
B~&}Mv
*|CvK&7
D8Mq '$-
四. 问题分析 5.yiNWh
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 II~91IEk
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 : vgn0IQ
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 aiE\r/k8s
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 &u6n5-!v
下面我们可以对这几个问题进行分析。 4Xt`L"f
u.?jW vcv
五. 问题1:一致性 zA3r&stN+
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 1:@ScHS
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Lg#(?tMp,'
{7%HK2='
struct holder 3kF+wifsz
{ C6@*l~j
// =43NSY
template < typename T > {&B0kjf
T & operator ()( const T & r) const ?q2Yk/P
{ BTG_c_?]e
return (T & )r; Hfo<EB2Y9N
} `f~$h?}3-@
} ; Lz:FR*
%4YSuZg
这样的话assignment也必须相应改动: EQ :>]O
-XwS?*O
template < typename Left, typename Right > %,ScGQE
class assignment u3wd~.
{ bH'2iG
Left l; &2q<#b
Right r; eU e, P
public : lq,]E/<&
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 8?: 2<
template < typename T2 > nvNF~)mu
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } R1<$VR
} ; )"6"g9A
JV'aqnb.8\
同时,holder的operator=也需要改动: fy|I3
,\#s_N7
template < typename T > W@'*G*f
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const $MfRw
{ BD86t[${W
return assignment < holder, T > ( * this , t); ('\sUZ+5
} |R!ozlL{}
k9:|CEP
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。 49}WJC7
)
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 lB_X mI1t
~82 {Y
_{/
return l(rhs) = r; T3 4Z#PFwe
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。 oj)(.X<8N
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: N#$]W"U
PCV#O63[
template < typename Tp > Q&^\YgkCf
class constant_t DxpJP,wY3
{ Y3(I;~$!
const Tp t; Tm7LaM
public : MEp{v|1
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} x7`+T1IJ
template < typename T > ;)P=WS:=
const Tp & operator ()( const T & r) const TqfL
Sm|
{
8Djki]
return t; -Wh 2hWg+
} KT >Y^
} ; >+Iph2]
7y)Ar 8!D
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 fk>{
下面就可以修改holder的operator=了 #e,TS`"eD
LXhR"PWZM\
template < typename T > s@y;b0$gk
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const oGl<i
{ .c0u##/0
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 6iF&!Fd>J
} ki/Cpfq40*
O|^J;fS:
同时也要修改assignment的operator() >kmgYWG
niW"o-}
template < typename T2 > ;$gV$KB:xA
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } |_-w{2K
现在代码看起来就很一致了。 o90g;Vog
v&WK9F\
六. 问题2:链式操作 9PV+Kr!c5I
现在让我们来看看如何处理链式操作。 J2!
Q09 }5
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 S7#dyAX8
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 YPNW%N!$|
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。
kN8B,
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct "+wkruC
}Q ]-Y :
template < typename T > M+HhTW;I=
struct result_1 w%\{4T~
{ fiD,HGx
i
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; uozq^sy
} ; 8~s0%%{,M
d,Oagx
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: \@N~{72:k
g7*Uuh#
template < typename T > A*81}P_
struct ref @o^$/AE?
{ n ]D io
typedef T & reference; 'd&d"E[
} ; CV\y60n
template < typename T > vTK8t:JQ~
struct ref < T &> \b8#xT}
{ V@b7$z
typedef T & reference; H^@Hco>|
} ; H-v[ShE
RjPkH$u'Pj
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 7wPI)]$
nLG)>L
template < typename T > ``$$yS~d};
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Nq8 3 6HL
{ {Q_GJ
return l(t) = r(t); $;Iz7:#jN
} c ^.^5@
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 1r}i[5
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 \=im{(0h
8AY;WL:;
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 dzAumWoh
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: SG|AJ9
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 \ERxr
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 F8{gJaP x
最后的布局是: {Bk` Zlki
Add 3\
Mt+!1{
/ \
<HN+pi
Divide 5 yI#qkl-
/ \ jl(D;JnF
_1 3 E QU@';~8
似乎一切都解决了?不。 UXdc'i g
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 *ls6k`ymL
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 .!Z5A9^
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: FA)ot)]
q0Q[]|L
template < typename Right > Mog [,{w
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ]BbV\#
Right & rt) const I]+
zG
{ kc P ZIP:
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); rOt{bh6r
} Y$n+\K
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 !-470J
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。 ]GY8f3~|{
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。 @-\=`#C**
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。 r0lI&25w
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。 Tgtym"=xd
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? DzE^FY
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: Y<VX.S2kf
eaDZ^Z
Er
template < class Action > MZ-;'w&Z
class picker : public Action 'l~7u({u
{ Ot`%5<E^
public : fx(8 o+
picker( const Action & act) : Action(act) {} #<9'{i3
// all the operator overloaded A>upT'
} ; XE<5(
kwT)j(pp<
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。 m[2[9bQ0
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.36
n/Fxjf0W
template < typename Right > ;7?oJH;
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const #I0FWZ>W
{ ~(XaXu
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); $fD%18
} L%5y@b{AR
U!o
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> >
f&^}yqmuE
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 3MHpP5C
p19(>|$J
template < typename T > struct picker_maker R$
+RTG:E
{ ojf6@p_
typedef picker < constant_t < T > > result; /]Y#*r8jRi
} ; *v K~t|z
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > a B MV6'
{ S$fS|N3]%
typedef picker < T > result; jFe8s@7
} ; vvxD}p=y
Lv/}&'\(
下面总的结构就有了: u;rmqo1
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。 RS}_cm0
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。 l{C]0^6>i
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 XfVdYmii
至此链式操作完美实现。 UMd.=HC L
fcF| m5
C za}cF
七. 问题3 R"O%##Ws
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。 Ayqs~&{
"'Fvt-<^S7
template < typename T1, typename T2 > 1<#D3CXK
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const &(,&mE
{ qtZzJ>Y
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); |&MoQxw@
} ,JK0N_=
3T]cDVQ_
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)^A|{,G
RPeH [M^
template < typename T1, typename T2 > gE@Pb
struct result_2 1/:vFX
{ @"fv[=Xb
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ,.*Df)+
} ; @Nh}^D >j
I$+=Fb'N0
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? ]Bf1p
这个差事就留给了holder自己。 HiK+}?I
Hn)?
xw]x
6<S-o|Xw
template < int Order > y,&[OrCm^\
class holder; }\8-&VoY#X
template <> _)Txg2?=
class holder < 1 > MH'%E^n `
{ aDX&j2/
public : >T[Y>]
template < typename T > [|*7"Q(
struct result_1 8(K:2
{ wVf 7<@/y
typedef T & result; BWYv.&