一. 什么是Lambda }c~o3t(7`b
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 X6g{qz Hg_
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, 8o4?mhqV
S;FgS:;
8h| 9;%
O'}
%Bjl
class filler X0QLT:J b
{ %;{Ro)03
public : UjI-<|
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} oDEvhNT
} ; YjM_8@<
!Cv:,q
I>L@P`d
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: ]aF!0Fln~
79JU
YKT=0
^sA"&Vdr^
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); R8<'m
l
/\n7:
p:n.:GZ=y
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 EsR$H2"
'6&a8&:
9s}y*Vp
B Ctm05
二. 战前分析 j\S}TaH0e
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 };=44E'7
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 CnA0^JX
AT%@T|
4Cdl^4(LT
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); !{,
`h<
/* --------------------------------------------- */ pNzSy"Y$
vector < int *> vp( 10 ); IT\lkF2
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ADQ#qA,/
/* --------------------------------------------- */ Q7-d]xJ^
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); O~WT$
/* --------------------------------------------- */ ;=[~2*8
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); &:"[hU
/* --------------------------------------------- */ xYGB{g]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); bez_|fY{T
/* --------------------------------------------- */ $WV N4fg
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ]7ZY|fP2
oI6l `K$
iHB1/
e:&(y){n(
看了之后,我们可以思考一些问题: 09psqXU@I
1._1, _2是什么? }L1-2
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。 \-?@
&' :
2._1 = 1是在做什么?
`>mT/Rmb@
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。 v3vQfcxR
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。 ^Q'^9M2)
A=5A8B1
jK{)gO
三. 动工 \:/:S"-
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: (3>Z NTm
f(o1J|U{
J|z>5Z
GukS=rC9
template < typename T > qd7 86~
class assignment $Jt+>.44
{ j5yxdjx9
T value; 9(PQ7}
public : k}yUD 0Y
assignment( const T & v) : value(v) {} uS%Y$v
template < typename T2 > `T]1u4^E
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } rfdT0xfcU
} ; 8=#J:LeXj
i!!1^DMrw
N d"4*l;
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 cF7efs8u
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ;P{HePs=)
_26~<gU8
itmdY!;<
dsh S+d
class holder OEN!~-u
{ 2sOV3~bB
public : vZQ'
template < typename T > uNV\_'9>Y
assignment < T > operator = ( const T & t) const p+;[i%`
{ QlHxdRK`.
return assignment < T > (t); A\jX #gg
} RU1+-
} ; Ris5)*7
g`}+K U
QQ5G?E
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: b@yGa%Gz@
%S<0l@=5`l
static holder _1; cG"+n@\
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 +s}"&IV%
Q599@5aS
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); u5,\Kz
而不用手动写一个函数对象。 ~9OART='
$ 'B0ZL
\Ami-<T
MMpGI^x!-X
四. 问题分析 XkWO -L
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。 !XvQm*1
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。 Myj 68_wf
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 7>a-`"`O
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 J 1?)z+t9~
下面我们可以对这几个问题进行分析。 PN!NB.
/idQfff
五. 问题1:一致性 ="$9
<wt
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 2\Vzfca
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 }K!)Z}8
b-1cA1#_cP
struct holder z]NzLz9VfL
{ `|1#Vuk
// |g3a1El
template < typename T > F0O/SI(cA
T & operator ()( const T & r) const P+m{hn~%
{ Hq{i-z+
return (T & )r; &gn^i!%Z)
} ~f[AEE~,s+
} ; 1Qi5t?{
,<[Q/:}[
这样的话assignment也必须相应改动: !18M!8Xea
kAF[K,GG
template < typename Left, typename Right > e%(,)WlTaU
class assignment <Ct b^4$
{ p?mQ\O8F
Left l; r.5}Q?
Right r; &uh|!lD
public : ;E8.,#/a
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} =AhXEu ^
template < typename T2 >
u;fD4CA
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } *Txt`z[|
} ; 9Ytf7NpR
!^dvtv`K
同时,holder的operator=也需要改动: H5f>Q0jq
+Mb;;hb
template < typename T > ohFUy}y
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const -I$qe Xy
{ 6gLk?^.
return assignment < holder, T > ( * this , t); t,mD{ENm&
} (RP"VEVR
-.8 nEO3
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 mCa[?
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 YxEc(a"
K5O#BBX=
return l(rhs) = r; zFy0SzF
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 t;7 tuq
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: v-;j44sB
p#VA-RSUQ|
template < typename Tp > vI<n~FHt
class constant_t >a@c5
{ 9oly=&lJ
const Tp t; ^Z:oCTOP
public : W0]W[b,:u$
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 2]Nc@wX`p
template < typename T > CS;bm`8a
const Tp & operator ()( const T & r) const NuLyu=.?
{ jl;%?bx
return t; iRo/ ~(
} '!)|;qe
} ; Jww LAQ5
[NE:$@
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 _S4 3_hW
下面就可以修改holder的operator=了 5]/i[T_
bk@F/KqL
template < typename T > <,%qt_
!
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const W}<'Y@[,
{ lg)jc3
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); (mHCK5
} 481SDG[b
|IbCN
同时也要修改assignment的operator() _5F8F4QY`
0B0Uay'd_
template < typename T2 > lx8@;9fLy
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } UenB4
现在代码看起来就很一致了。 O1+2Z\F
(nWi9(}J
六. 问题2:链式操作 ~_SoP
现在让我们来看看如何处理链式操作。 -nbo[K
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 86c@Kk7z
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 8+ P)V4}
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 >z'kCv
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct _e%jM[
Ccmo(W+0
template < typename T > }g1V6`8&
struct result_1 % #!`>S)O
{ W7k\j&x
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 1+1Z]!nG#!
} ; "0JG96&\
%F'*0<
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 7^}np^[HB
2f'3Vjp~G
template < typename T > | |=q"h3(
struct ref &tT*GjPwg;
{ ?lg
typedef T & reference; w)A@
} ; r+T@WvS%W
template < typename T > |5o0N8!b[
struct ref < T &> ys+ AY^/
{ GCn^+`.h1t
typedef T & reference; `:hEc<_/
} ; !"w1Pv,
?!R
Z~~d
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: C5Fk>[fS
}bQqln)#
template < typename T > ku=o$I8K
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const NA5AR*f'
{ B3Id}[V
return l(t) = r(t); Xr54/.{&@
} =D<{uovQB
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。 Algk4zfK2,
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 '~2S BX?J
02U5N(s
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 Z x9oj
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: dd+[FU
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ~NYy@l
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 bo]xah|."j
最后的布局是: u)]]9G
_8
Add &/K:zWk3mx
/ \ 7X\azL
Divide 5 }cov"o
/ \ }}AooziH9
_1 3 aJ[K' 5|
似乎一切都解决了?不。 >j [> 0D
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。 YzTmXwuA5
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。 F`W8\u'db
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: 739J] M
"I"(yiKD
template < typename Right > 35}{dr
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Y7QIFY's~
Right & rt) const FyZp,uD
{ mTG v*=l
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); n9.` 5BH7/
} +}IOTw"O`
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ( Z-~Eh
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。 5r;M61
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。 a<-'4D/
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。 rFY% fo
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。 oLJP@J
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? $O}:*.{(W
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: yDwG,)m 4s
;t'~
template < class Action > 3B }Oy$p
class picker : public Action }O+F#/6
{ o.qeF4\d6
public : <k2Qcicy
picker( const Action & act) : Action(act) {} 2=X\G~a
// all the operator overloaded ?NV3]vl
} ; ~-r*2bR
jD@KG
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。 2rS|V|d
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: y#[PQT
cN/8b0C
template < typename Right > cTy;?(E
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const zD>:Kj5
{ 7x
*]
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); !<psK[
} o<\CA[
Vz$X0C=W;H
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > [cSoo+Mlx
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 Vx1xULdY
hhu!'(j
template < typename T > struct picker_maker Isa]5>
{ *ujn+0)[
typedef picker < constant_t < T > > result; `WDN T0@M
} ; [C@0&[[
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > * A B
{ S`yY<1[O
typedef picker < T > result; N
O|&nqq,>
} ; G.KZZ-=_4
HtWuZq;w
下面总的结构就有了: Y<X,(\iEHP
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 y}NBJ
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 O=wA/T=w?
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 y993uP
至此链式操作完美实现。 16q"A$
'Wv=mBEfZ
Do3;-yp>`
七. 问题3 ocwh*t)<k
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。 wIi_d6?
2=pVX
template < typename T1, typename T2 > )*[3Imq/
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const cC'{+j8-a
{ ?zwPF;L*
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); KNtsz[#b
} nK*$P +[R
\M4/?<g
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: psb$rbu7[
s_} 1J,Y
template < typename T1, typename T2 > ^+CTv
struct result_2 }]cKOv2
{ `>^2MHF3LT
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; )L?JH?$C
} ; T7E9l
ZJz6{cY
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? ve.rpF\
这个差事就留给了holder自己。 )M5:aSRz
kFPZ$8e
Xrpzc~(
template < int Order > AhOvI{
class holder; rSU%!E+|<
template <> ;qT~81
class holder < 1 > HhfuHZ<
{ 3cK`RM `
public : ;74hOHDS
template < typename T > [eV!ho*r
struct result_1 0(fN
{ '+tU8 Pb
typedef T & result; n dRy&[f7
} ; n,eO6X 4
template < typename T1, typename T2 > 0*?~I;.2m$
struct result_2 sMh3IL9(*
{ v@bs4E46e
typedef T1 & result; Ql-RbM
} ; T9enyYt%
template < typename T > "T4Z#t
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 1=C>S2q
{ 3| 5Af
return (T & )r; ?YR/'Vq97
} Bor _Kib
template < typename T1, typename T2 > ;hsgi|Cy-
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const MrIo.
{ SJhcmx+
return (T1 & )r1; M%H<F3
} uZ mi
} ;
JwR]!
Q8.SD p
template <> Q5'DV!0aSv
class holder < 2 > 6AgevyVG
{ BwO^F^Pr?k
public : hamn9
template < typename T > vluA46c
struct result_1 XYD}OddO
{ )]Xj"V2
typedef T & result; V6'"J
} ; Y=JfV
template < typename T1, typename T2 > (hTe53d<S?
struct result_2 o$I% 1
{ &-#!]T-P:E
typedef T2 & result; e=KA|"vxh
} ; Y>z~0$
template < typename T > kDuN3
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const il=y m
{ F0
WM&{v
return (T & )r; |]`\ak
} &CW,qY,sh
template < typename T1, typename T2 > ) &[S*g
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const F3/aq+<P[
{ $fSV8 n;Y
return (T2 & )r2; -Y'Qa/:7
} mXnl-_
} ; +rS}f
N$L.
j`1%a]Bwc
kmjSSh/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> >。 &i*/}OZz
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: qn}w]yGW
首先 assignment::operator(int, int)被调用: G"&9u2 k
XiE
return l(i, j) = r(i, j); 1au1DvH
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) `(A>7;]:
FCxLL"))
return ( int & )i; \nM$qr'`B
return ( int & )j; 6?nAO
最后执行i = j; !kZ9Ox9^
可见,参数被正确的选择了。 Uu xbN-u
ur^)bp<