一. 什么是Lambda e*s{/a?,
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 q:.BY}X9
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, >K%x44|
=T$- #bA)
]]3D`
F}
-1JHhRr]
class filler <-}\V!@E!
{ G].KJ5,y
public : 'VEpVo/
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} {hz:[
} ; o7zfD94I
6u7wfAf
lZ_k307
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: ( mlc']F
UXHFti/A<
@1@WB]mQQ
tO3 ;;%
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 063;D+
e,8-P-h~T
cC.DBYV+-
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 R0}%
y9)",G!
^ BKr0~4A
sN2l[Ous
二. 战前分析 *cI Xae^Y7
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。 +)SX
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 z, [+
VIzZmd
q?&&:.H"?5
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); &=bI3-
/* --------------------------------------------- */ 2-84
vector < int *> vp( 10 ); mX^RSg9 E}
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); KK</5Aw9p
/* --------------------------------------------- */ MzD0F#Y
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); JB<4m4-
/* --------------------------------------------- */ Jiq[VeLe
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); <!^Z|E
/* --------------------------------------------- */ ^h=kJR9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); h6/Z_Y
/* --------------------------------------------- */ 7I|Mq
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); +F|[9o z
M.xEiHz
cqudF=q
Hr$5B2'
看了之后,我们可以思考一些问题: .U_=LV]C
1._1, _2是什么? $hio(
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 mz1g8M`@[D
2._1 = 1是在做什么? ~55>uw<
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 'oG'`ED"
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 e-mlvi^-
fp0Va!T(V
ZV;yXLx|
三. 动工 qv6]YPP
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ^iNR(cwgX
Yo:&\a K[
l<0V0R(
> R=YF*t
template < typename T > zdCt#=QV?R
class assignment dyd_dK/
{ 7(H/|2;-d8
T value; zYgLGwi{
public : GcuZPIN%D
assignment( const T & v) : value(v) {} >nX'RE|F
template < typename T2 > EcU9Tm`h
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } <FEO6YP
} ; 71_N9ub@z
q9Q4F
Q"O _h
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 A\`Uu&
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment F <(Y
^gG,}GTl
3$Je,|bs
Vs
>1%$If
class holder i^#RiCeo
{ UWI5/R
public : =E}/Z
template < typename T > _EP}el
assignment < T > operator = ( const T & t) const ',f[y:v;
{ U|=y&a2Rb
return assignment < T > (t); *"@P2F&
} I,D=ixK
} ; eC?N>wHH
/1*\*<cs
_N6GV$Q
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: ~&kV
SPBXI[[-
static holder _1; =B 9U
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 -UO$$)Q
o&=m]hKpQl
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 6o!"$IH4
而不用手动写一个函数对象。 8MIHp[vm%
Ne%X:h
T~la,>p|}
vsK>?5{C-
四. 问题分析 H
X8q+
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ZYG"nmNd
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 y^ohns5{
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 fw<'ygd
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ^#+9v
下面我们可以对这几个问题进行分析。 /=%4gWtr
XIU2l}g
五. 问题1:一致性 lG2){){j
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| gb-n~m[y
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 m35G;
ZP1EO Z
struct holder ws=y*7$y
{ Mvux=Ws
// H_9~gi
template < typename T > tZJKB1#WbP
T & operator ()( const T & r) const sB $!X@
{ !*p lK6a
return (T & )r; ^-DK<jZ^
} 46b.= }
} ; \>+gZc]an
=Oy,SX
这样的话assignment也必须相应改动: rS=6d6@
B$)KZR(u
template < typename Left, typename Right > `+U-oqs
class assignment Ab2VF;z :
{ _ v-sb(*
J
Left l; jsuQR
Right r; r_)*/
public : }G]]0Oi2
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} # aC}\
template < typename T2 > x[]n\\a?
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 1UOFTI2S|
} ; m#uutomi0
BJqM=<nQ
同时,holder的operator=也需要改动: hSxf;>(d
p0Vw@R=
template < typename T > o;t{YfK
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const [=Xvp z
{ W_?S^>?l/
return assignment < holder, T > ( * this , t); g%K3ah
v
} JWLQ9UX
}RXm=ArN
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。 dme_Ivt
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。
*h`zV<j
,$*$w<
return l(rhs) = r; 'E9\V\bi
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。 Q WOd&=:
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: G*ecM`Bl
=T[kGg8`
template < typename Tp > &TKB8vx=#
class constant_t %#=
1?1s
{ #fQStO
const Tp t; 8kk$:8
public : J:t1W=lJ3
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} j &~OR6
template < typename T > (i {
const Tp & operator ()( const T & r) const xR$xAcoSB
{ ZZ.GpB.
return t; 0 j6/H?OT
} ^X^4R1V)
} ; X[R/j*K
DEs/?JZG
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ,2"-G";!f\
下面就可以修改holder的operator=了
k5((@[
7Kfh:0Ihhy
template < typename T > U\+o$mU^
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 9mr99tA
{ }=NjFK_6
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); lV3\5AEW
} XJ.vj+XXb
<Dl7|M
同时也要修改assignment的operator() nT:ZSJWM
O0e6I&u:
template < typename T2 > ^dQ#\uy
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } moh7:g
现在代码看起来就很一致了。 23zB@aE_?1
k<m{Wp;-
六. 问题2:链式操作 ~h -0rE
现在让我们来看看如何处理链式操作。 c'[l%4U8[
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 5MT$n4zKu
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。 p;g$D=2
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 :dK/}S0
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 4\3Z$%2^LZ
|*Hw6m
template < typename T > <yBZsSj
struct result_1 PC/Oo~Gx
{ woQYP,
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 3s" Rv@
} ; 2}K7(y!?u
=j6f/8
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: Dr&2qX!
c5pF?kFaD
template < typename T > &0~E+
9b
struct ref 8e x{N3
{ Hr:WE+'
typedef T & reference; LNtBYdB`pK
} ; iCnKQG
template < typename T > >HXT:0
struct ref < T &> $o0o5 ^Z-
{ M#UW#+*g!
typedef T & reference; lo Oh }y+
} ; J;HkR9<C
eVS6#R]'m
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: [?^,,.Dd
V0XQG}
template < typename T > h#a,<B|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const pri=;I(2A
{ -r7*C:E
return l(t) = r(t); K}LmU{/t/
} Pd6 p)zj
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。 WL:CBE#
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。
pO[ @2tF
nD6NLV%2x
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 wknX\,`Q
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: S{&,I2aO
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 `{#0C-
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 zuwlVn
最后的布局是: F|Pf-.r`t
Add akoK4!z
/ \ [LbUlNq^B@
Divide 5 |wZcVct~
/ \ Kf/1;:^
_1 3 fYBmW')
似乎一切都解决了?不。 KEEHb2q
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。 >+ulLQqe
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。 nkUSd}a`r
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: EBc_RpC/Z
V4PI~"4q#1
template < typename Right > n=qN@u;Fi#
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const g1UP/hNJ\8
Right & rt) const e0Zwhz,
{ ihS;q6ln
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); wylbs@
} `fYICp
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 -{n2^vvF
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。 ge
%ytrst
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。 /}t>o*
x
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。 p~Di\AQ/
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。 j51Wod<[
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? >+Z BQ]~
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: FxeDjAP
e)"]H*
template < class Action > ?NkweT(
class picker : public Action ,T&=*q
{ OeLM*Zi
public : d^p af
picker( const Action & act) : Action(act) {} %&w 8E[
// all the operator overloaded [$:M/5y9
} ; :p%G+q2
Y>W$n9d&G2
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。 8`~M$5!
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: Jas=D
P@lDhzd
template < typename Right > O|wu;1pQ
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const )IQ5Qu
{ q% *-4GP
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); >ka*-8?
} b|jdYJbol&
qRi;[`
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > J8IdQ:4^l
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。 P5-1z&9O
0se0AcrW
template < typename T > struct picker_maker ts|dk%
{ A8tzIh8
typedef picker < constant_t < T > > result; YD>5zV%!D
} ; 3h N?l
:/b
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > b/;!yOF
{ :buH\LB*P
typedef picker < T > result; uzG{jc^
} ; KT'Ebb]
gJ;jh7e@
下面总的结构就有了: PY.4J4nn|
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。 Zfwhg4G~
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。 vfBIQfH
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 v_=xN^R
至此链式操作完美实现。 [=/Yo1:v
9NzK1V0X
;6+e !h'1
七. 问题3 ^<u9I5?
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。 3%HF" $Gg
n@1;5)&k~
template < typename T1, typename T2 > q-?
k=RX`
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 8d4:8}
{ 4sJM!9eb[
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); -o:
ifF|
} ;zq3>A
itotn!Wb`
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: }enS'Fpf`
R;yi58Be
template < typename T1, typename T2 > B8=r^!jEL
struct result_2 xbUL./uj
{ 5l_ >QB
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 4S9hz
} ; +`jI z'+
ahJ-T@
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? ^v2-"mX<
这个差事就留给了holder自己。 AlPk o($E*
y&A0}>a:d
?so=k&I-M
template < int Order > l rRRRR
class holder; q!fdiv`
template <> /i!3Fr"
class holder < 1 > +,8j]<wpo
{ b\
P6,s'(
public : FR57F(31
template < typename T > NCu:E{([
struct result_1 cpY'::5.%
{ %KjvV<f-a
typedef T & result; :6h$1
+6
} ; \}:RG^*m
template < typename T1, typename T2 > O8\> ?4)
struct result_2 }8lvi
vR4
{ c>~q2_}W(
typedef T1 & result; E8gbm&x*
} ; HLL:nczj
template < typename T > 0oC5W?>8s
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const KCDbE6
{ LA +BH_t&
return (T & )r; '
\8|`Zb
} n8K FP
template < typename T1, typename T2 > S`w_q=-^8
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 9sQ#v-+Yx
{ E:7R>.g
return (T1 & )r1; ?@@BIg-
} EdC^L`::
} ; At t~NTL
A vh"(j
template <> &7 0o4~Fr
class holder < 2 > ~k(4eRq
{ 3AQu\4+A
public : a ](Jc)
template < typename T > 2bnF#-(
struct result_1 DTx!# [
{ M94zlW<
typedef T & result; 3QZ~t#,7ij
} ; O>vbAIu
template < typename T1, typename T2 > tMy<MO)Ei
struct result_2 U07G&?/
{ sJ3O ]
typedef T2 & result; xPcH]Gs^b
} ; J$+K't5BZ
template < typename T > U??T>
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const )NjxKSiU@
{ FS+v YqwK
return (T & )r; !dcGBj
} |0wHNRN_
template < typename T1, typename T2 > !kpnBgm U
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const U
%,K8u|WH
{ <jjn'*44f
return (T2 & )r2; S&q(PI_"
} th4yuDPuA
} ; =Rw-@*#l
s/+k[9l2
[V2`t'
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 8T]x4JQ0
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: pD@2Mt0|]=
首先 assignment::operator(int, int)被调用: n[f<]4<
IncHY?ud<