一. 什么是Lambda `Mj}md;O"
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 TJ8E"t*)
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, x`RTp:#
]q5`YB%_
,B}I?vN.
Ty(@+M~-
class filler V&]DzjT/
{ LA3<=R]
public : ~tFqb<n
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} zQ6p+R7D
} ; tirIgZ
r\6"5cQ=
4M&`$Wim
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: xda;
K~w
qB]i6*
#%@*p,xh
G.'+-v=\]
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ;^Sr"v6r>u
hG~reVNf
n(nBRCG)o
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 m9}AG Rj
[L$9p@I
2 !"
XzdD
l&YKD,H};
二. 战前分析 mV^Zy
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。 5F|8?BkOL^
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 u}bf-;R
z\ss4
6C4'BCYW(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 8;Fn7k_Uf
/* --------------------------------------------- */ ,fIe&zq
vector < int *> vp( 10 ); $eV$2p3H
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 9vNkZ-1
/* --------------------------------------------- */ ;;$# )b
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); vKwQXR~C
/* --------------------------------------------- */ p,pR!qC>
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 7+TiyY]K
/* --------------------------------------------- */ "N:XzG
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); :!;'J/B@..
/* --------------------------------------------- */ ]9=h%5Ji>
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); AB Xl
j6~nE'sQ
pu!d qF<
Fhz*&JC#
看了之后,我们可以思考一些问题: 49Df?sx
1._1, _2是什么? '/Bidb?
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。 M}_i52
2._1 = 1是在做什么? "!>DX1rsi
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。 Ed0I WPx
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。 m+{K^kr[
z)XRx:YU;$
t&5%?QyM
三. 动工 B{oU,3U>
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: &bqT/H18
Iq+>qX
A`}yBSb
N$Y " c*
template < typename T > y~
G.V,0
class assignment IvpcSam'
{ q1y/x@
T value; 1iL'V-y
public : vQF
vtwd
assignment( const T & v) : value(v) {} vvB(r!
template < typename T2 > Gc.P,K/hr
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } H* ,,^
} ;
O=)
S1 _6C:^k
wpA`(+J
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 )CI1;
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment nFX_+4V2
'tN25$=V&W
L.xZ_ 6
PqNFyQkl
class holder #B'aU#$u
{ RWgDD;&_[a
public : oIGrA-T}
template < typename T > Mh(]3\
assignment < T > operator = ( const T & t) const ES <1tG
{ uUE9g
return assignment < T > (t); Ub0/r$]DK
} l?Y_~Wuw
} ; pqvOJ#?Q}=
Z') pf
JO&JP3N1
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: 2LCB])X
lX:|iB
static holder _1; oMcK`%ydm
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 @L84>3O
U(&oj e
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); r8xyd"Axy
而不用手动写一个函数对象。 rdJm{<
qLncn}oNM
|6J ?8y
]!:oYAm
四. 问题分析 2y0J`!/)
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。 P ]N
[y
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。 @vgG1w
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 KDi|(
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 `&M{cfp_
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Gx?+9CV
v,NHQyk
五. 问题1:一致性 Y**|N8e
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?| HLQ"?OFlz
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 mtic>
:Ud[f`t
struct holder %v5R#14[n
{ ArLvz5WV
// O9v_y+M+M
template < typename T > Xog/O i
T & operator ()( const T & r) const Q_*_?yf
{ lM\LN^f5*
return (T & )r; \8uo{#cL8
} c- $Gpa}M
} ; 7>o.0
Ocg"M Gb
这样的话assignment也必须相应改动: B UUf;Vv
Kj=gm .
template < typename Left, typename Right > G"
b60RQ
class assignment W:&R~R
{ UIJx*
Left l; nR
\'[~+
Right r; pvWau1ArNq
public : <Pqv;WI|R
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} bTmL5}n
template < typename T2 > ofc.zwH
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } c"YXxAJ
} ; p?(L'q"WK
Rz%e>)
同时,holder的operator=也需要改动: n[xkSF^)
$*MCUnl
template < typename T > }6RT,O g
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const =Je>`{J
{ 9G?ldp8
return assignment < holder, T > ( * this , t); qcB){p+UQ
} <T,A&`/
!jX4`/n2
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 -*VKlZ8-
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。
~m=EM;
?dy~mob
return l(rhs) = r; ;#?M)o:q
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 cH`^D?#se
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: \9c$`nn
V}8$p8#<@
template < typename Tp > To"dG&h
class constant_t >O{7/)gS^
{ #mc!Wt10
const Tp t; _"f :`
public : <)m%*9{
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} x2wg^$F*oO
template < typename T > I@7/jUO
const Tp & operator ()( const T & r) const 'UwI*EW2S
{ ^tAO_~4
return t; 9w~cvlv[
} nnCug
} ; QEJGnl676
\3Jq_9Xv
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 s3t!<9[m
下面就可以修改holder的operator=了 ija:H'j
M-9gD[m
template < typename T > "e62/Ejg%
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const e1 a*'T$z
{ is#8R:7.:
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); BA+_C]%ZJ
} 4,1oU|fz
QXQ
同时也要修改assignment的operator() z]#hWfM4B:
SE `l(-tL
template < typename T2 > *Z kss
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Z!\@%`0$
现在代码看起来就很一致了。 }5gr5g\OtP
S ~|.&0"\
六. 问题2:链式操作 cH"@d^"+q|
现在让我们来看看如何处理链式操作。 xPQL?.
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。 it}-^3AM
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。 j7/(sf
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。 #)74X%4(
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct )SiY(8y
Y6eEGo"K.+
template < typename T > J?jeYW
struct result_1 }iNY_I c
{ TETsg5#
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ,P@QxnQ
} ; `"Dy%&U
XZO<dhZX:
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: XiG88Kwv
|R~;&x:
template < typename T > "6V_/u5M;=
struct ref O,9X8$5H-a
{ v*DFiCQD
typedef T & reference; bj.]o*u-
} ; ZjD2u8e
template < typename T > d| \#?W&
struct ref < T &> )6G+ tU'
{ y h-9u
typedef T & reference; Q-Y@)Mf~?0
} ; I"V3+2e
tJ>d4A;8x
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: >@Khm"/T
w:R]!e_6\9
template < typename T > X,53c$
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const `q1}6U/k
{ Na;t#,
return l(t) = r(t); Prt#L8
} 2o}8W7y
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。 -9Xw]I#QR
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 *<3iEeO/R
YD+QX@
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 I)uASfT$
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: V,'FlU
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 <M>#qd@c
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 RA~_]Hk
最后的布局是: /K&