一. 什么是Lambda =glG |
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 klmbbLce
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, +v%+E{F$+
oJV dFE
c@lF*"4
&xr (Kb
class filler C|
{ cm!vuoB~~
public : iJZvVs',
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} :"Vmy.xq
} ; di;~$rI!?
B|syb!g
Bz{"K
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: /?>W\bP<
f3;[ZS
= m|<~t
dM"5obEb
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); B8wGWZ@
5-4
v%#@.D!)
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 )"Ujx`]4r
f!7fz~&Sh
,jnaa (n
V%*91t _
二. 战前分析 r{*Qsaw
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。 bz1`f >%l
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 'Q*.[aJt
lNe5{'OrO
"Z';nmv'N
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); L{ej<0 yr
/* --------------------------------------------- */ $U&p&pgH=W
vector < int *> vp( 10 ); .'
v$PEy
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Gp_flGdGQ
/* --------------------------------------------- */ i1{)\/f3
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); h5vetci/
/* --------------------------------------------- */ 6R2F,b(_
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); MO1H?Uhx
/* --------------------------------------------- */ =BD|uIR
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); RP^L.X(7^
/* --------------------------------------------- */ (Ms0pm-#t
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 75h]#k9\
?nJv f
TPj,4&|
8XCT[X
看了之后,我们可以思考一些问题: ZP:+ '\&J
1._1, _2是什么? D3O)Tj@:}(
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。 ^]/V-!j
2._1 = 1是在做什么? '8^cl:X
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。 iYW<qgz
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。 `/G9*tIR8g
-lfbn=3
{rF9[S"h
三. 动工 }_}LaEYAo
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: c?Zi/7
>2'A~?%
A/ Sj>Y1j
N7q6pBA"E
template < typename T > B90fUK2g
class assignment {\h:k\k
{ &`'@}o>2
T value; ?wIw$p>wT
public : bvl!^xO]
assignment( const T & v) : value(v) {} )|]*"yf:E
template < typename T2 > iII%!f?{[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Qdy/KL1]
} ; F$s:\N
OJFWmZ(X
ND3|wQ`M0
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 r.]IGE|
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment U@}r?!)"f
#]*d8
X4k|k>
+wGvYr
class holder ws;|fY
{ M>*xbBl
public : b-#oE{(\'
template < typename T > $}H,g}@0
assignment < T > operator = ( const T & t) const nbv}Q-C
{ z
wn#E
return assignment < T > (t); sZ"(#g;3<
} (F#2z\$;
} ; D4{<~/oBv
LmKY$~5P
2H1?f|0>
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: `Gg,oCQg
5p7i9"tgn
static holder _1; Q ~eh_>"
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 RRpCWcIv"
yx<-M
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 4^^=^c
而不用手动写一个函数对象。 jU{~3Gn?
94lz?-j
R$2\Xl@qQF
i66/2BUh.
四. 问题分析
S O`b+B
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 AgOti]`aR
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 C)cuy7<
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 i2)$%M&
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 +WCV"m
下面我们可以对这几个问题进行分析。 L7yEgYB
F~GIfJU
五. 问题1:一致性 AI$\wp#aw
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?| `{ \)Wuw
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 DU@SXb
~qE:Nz0@
struct holder !#4b#l(e6
{ u} [.*e
// CSzu$Hnq
template < typename T > -c[fg+L9
T & operator ()( const T & r) const 2FM}"g<8
{ WXa<(\S\V
return (T & )r; ,C^u8Z|T
} Z>.('
} ; g
T0@pxl
X|Nb81M
这样的话assignment也必须相应改动: LO,:k+&A+
LoO"d'{
template < typename Left, typename Right > {T5u"U4
class assignment <,t6A?YoMP
{ 7!
/+[G
Left l; Cv<
s|
Right r; #a 4X*X.8c
public : R E9`T
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} MVDy|i4
template < typename T2 > |Syulus
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } u"U7aYGkY
} ; mfk^t`w_
pvdCiYo1r
同时,holder的operator=也需要改动: C|S~>4`
CH0Nkf
template < typename T > \|
'Yuh
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const p|w0
i[hc
{ :d|~k
return assignment < holder, T > ( * this , t); R-Gg= l5
} V17!~
Eu[/* t+l
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。 T@ zV
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 8M7Bw[Q1
$AdBX}{
return l(rhs) = r; =A_fL{ SM
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。 +EH"A
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: [`!%u3
n"Wlfd0
template < typename Tp > *~`BG5w
class constant_t scy_
{ CWSc #E
const Tp t; UYhxgPGsj
public : 1P G"IaOb
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} SL`nt
template < typename T > Lv<vMIr
const Tp & operator ()( const T & r) const C/q!!
{ 3 ]pHc)p!.
return t; #l!nBY ~
} mpd?F'V
} ; gCx#&aXS
2u(G:cR
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 gvFCsVv<{
下面就可以修改holder的operator=了 7Q?^wx
a2eE!I
template < typename T > @jKB[S;JSn
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const &W*^&0AV
{ nNh5f]]
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); @el
} pz]!T'
EvF[h:C2
同时也要修改assignment的operator() v4,Dt
wQ81wfr1:
template < typename T2 > No*[@D]g
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } H`rd bE
现在代码看起来就很一致了。 (btmg<WT"
H4<Q}([w
六. 问题2:链式操作 V+t's*9o3
现在让我们来看看如何处理链式操作。 l\ VrD2j8
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。 $t0JfDd6Ky
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。 _7'5I A
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。 upGLZ#
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct _IWLC{%V
xcH&B%;f
template < typename T > #tA/)Jvi
struct result_1 W"&,=wvg2
{ mB"1QtD
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 1o?uf,H7O
} ; ;*WG9Y(W
-!
^D8^s
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: rl]K:8*
Y}
6@ w
template < typename T > Zr[B*1,ZV
struct ref `Ay:;I
{ mp
z3o\n
typedef T & reference; ~JO.h$1C
} ; <jBRUa[j_
template < typename T > @4n>I+6*&
struct ref < T &> Z}.ZTEB
{ R[OXYHu
typedef T & reference; MfO:BX@$
} ; BlqISyrY
c7RQ7\
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: iU AY
=Q*3\)7
template < typename T > }
|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const X!m
lC51
{ ],Yy)<e.
return l(t) = r(t); /@I`V?Q!a
} <,\U,jU_
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。 "uFwsjz&B
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 2+ywl}9
?hViOh$.
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 lSc=c-iOv
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: W6B"QbHYz
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ?$l|];m)-
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 tHK>w%|\R
最后的布局是: KD?b|y@
Add bP> Kx-%q
/ \ tS-gaT`T
Divide 5 73Hm:"Eqd
/ \ <. *bJ
_1 3 u08QE,
似乎一切都解决了?不。 h J0U-m
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。 $tej~xZK
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 %r8;i
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: g/VV2^,
<y?=;54a
template < typename Right > d</F6aM\
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const nv\K!wZI=b
Right & rt) const Qqs1%u;e8
{ pTXF^:8
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); A0:rn\$l3
} W#=,FZT
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 W1EYVXN
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 Nd&UWk^
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 XK})?LTD
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 Keem\/
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 Np aS2q-d
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? IdK<:)Q
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: n2EPx(~
PcqS#!t
template < class Action > eTuKu(0
E
class picker : public Action xF@&wg
{ jFUpf.v2
public : >H ?k0M`L
picker( const Action & act) : Action(act) {} >##Z}auY
// all the operator overloaded 1GK>&;
} ; 3&nN;4~Zx6
niKfat?
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 N$x&k$w R
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: kw
E2V+2
Ih>s2nL
template < typename Right > )Yv=:+f
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const |0Xf":
{ 3bYjW=_hA
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Ri~$hs!
} M&/%qF15
?{e}ouKYX1
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > @`dlhz
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。 *@H\J e`
gKQV99
template < typename T > struct picker_maker K/K-u
{ I]E 3&gnC
typedef picker < constant_t < T > > result; Q$v00z]f*
} ; -J8Hsqf@
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ixSr*+
{ =*"8N-FU
typedef picker < T > result; ]Yw$A
} ; %qiVbm0
+vaA
P=
下面总的结构就有了: 8'%m!
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。 G!;PV^6x
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。 S_/S2(V"
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 7eAV2.
至此链式操作完美实现。 se`Eez}
~> Q9
U3Z=X TB
七. 问题3 t ^[fu,
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。 m|F1_Ggz
^6 z"@+;*
template < typename T1, typename T2 > `;J`O02
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const YWvD+
{ X6r0+D5AvB
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); !ltq@8#_|
} fBj)HoHQW
zX4RqI
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: N+@ Ff3M
%^L{K[}
template < typename T1, typename T2 > w.a9}GC
struct result_2 d?T!)w
{ b5LToy:
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; `Y5LAt:
} ; }cr'o"4
YrB-n
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? ^9:`D@Z+
这个差事就留给了holder自己。 dGn0-l'q
eqsmv[
j~G(7t
template < int Order > uVCH<6Cp
class holder; #Uu,yHMv:;
template <> !@F { FR
class holder < 1 > f|FS%]fCxk
{ "`V@?+3
public : BB\GrD
template < typename T > ]JYE#F
struct result_1 Z17b=xJw
{ BZ1wE1 t
typedef T & result; R`Z"ey@C
} ; nOvR, 6
template < typename T1, typename T2 > _ERtL5^
struct result_2 T+ZA"i+
{ $3G^}A"
typedef T1 & result; 1o%#kf
} ; 3Iv^
template < typename T > CqlxE/|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const Y?NL|cW4
{ 9hfg/3t('
return (T & )r; =g9n =spAn
} WSu6chz)
template < typename T1, typename T2 > 5@m
,*n&[
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ]690ey$E:j
{ (.cA'f?h
return (T1 & )r1; HS/.H,X
} .Y;f9R
} ; _ZK^JS
N*}soMPV^.
template <> N68$b#9Ry
class holder < 2 > k`8O/J
{ t4_yp_
public : <@KIDZYC
template < typename T > kt2_WW[
struct result_1 MmN{f~Kq9
{ #0aBQ+_8H
typedef T & result; eTvWkpK+
} ; ;+E]F8G9r
template < typename T1, typename T2 > '7sf)0\:<p
struct result_2 PJC(:R(j
{ <-`.u`
typedef T2 & result; ,%*UF6B
M
} ; pqb'L]
template < typename T > Op ar+|p\
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const k77 3h`;
{ ES&u*X:
return (T & )r; 7qB4_
} 1"ZtE\{
"
template < typename T1, typename T2 > .cHgYHa
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const >nghFm
{ S@HC$
return (T2 & )r2; 0]|`*f&p;
} @F<{/|P
} ; Wn(!6yid
U]sAYp^$
SWV*w[X<X
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> >。 U.Mfu9}#:
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: )OV0YfO
首先 assignment::operator(int, int)被调用: [! $NTt_
Y7}Tuy dC
return l(i, j) = r(i, j); 7z4k5d<^_
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) o{sv<$
xR0T'@q
return ( int & )i; eut2x7Z(c
return ( int & )j; iQgg[
)
最后执行i = j; 8@m$(I+
可见,参数被正确的选择了。 eUA]OF@
UPuoIfuqI
"#r)NYq`"|
u;_h%z5K
S\).0goOW
八. 中期总结 fZo#:"{/K
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: T?pS2I~
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 8Agg%*Qs}
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 smf"F\Ws
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor (?r,pAc:
SV>tw`2
=9jK\ T^
O:wG/et
&