一. 什么是Lambda R0-0
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Pm/<^z%
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, <[db)r~c
kOQ)QX
s/"bH3Ob9v
U<j5s\Y,
class filler 81Kf X {|
{ uuY^Q;^I*
public : S8#0Vo$)a
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} gRY#pRT6d
} ; P =X]'m_B
roS" q~GS,
o,rF 15
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: V"#0\|]m
6F(z6_<
`yfZ{<
geG0F}oC!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); rbd0`J9fq
#kW=|8X
`jE[Xt"@
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ~wa4kS<>
UdO8KD#r3
y<Koc>8
-N' (2'
二. 战前分析 }WsPu o
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 P'<i3#;7X
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 %p}vX9U')
[5P-K{Ko
2|,$#V=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); |ty&}'6C
/* --------------------------------------------- */ (@^9oN~}
vector < int *> vp( 10 ); r8m}B#W7
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ;?Pz0,{h
/* --------------------------------------------- */ 7\UHADr
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); +~"IF+TRH
/* --------------------------------------------- */ H9T~7e+
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); {vD$od i
/* --------------------------------------------- */ )la3GT*1mS
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); FF8jW1
/* --------------------------------------------- */ )w].m
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); BwHJr(n
WM+8<|)n
B!&5*f}*
IOFXkpKR
看了之后,我们可以思考一些问题: VN)WBv
1._1, _2是什么? P`Zon
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 'dj3y/
k%
2._1 = 1是在做什么? %wbdg&^
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 (XOz_K6c%K
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 m'2F#{
|Y"XxM9
XoyxS:=>|[
三. 动工 I!/EQO|
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 8>x5|
m}yu4
Ny"9!3V
R6<'J?k
template < typename T > 0eO!,/
class assignment j"jssbu}
{ _&=`vv'
T value; G4i%/_JU
public : gxhp7c182
assignment( const T & v) : value(v) {} w^L`"
template < typename T2 > cs2-jbRn
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } z
4}"oQk:r
} ; Cx;it/8+
7b1
yF,N
7Ydqg&
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 i<S\x
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 2@(+l*.Q
`pbCPa{Y
n*GB`I*g
Z(:\Vj"
class holder _U}|Le@ e
{ zDYJe_m ~
public : E`N`
template < typename T > R.|h<bur
assignment < T > operator = ( const T & t) const A#$l;M.3R
{ xpa+R^D5G
return assignment < T > (t); >0kL9_9{
} ${Lrj}93
} ; e[k\VYj[
WA}'[h
->|eMV'd
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: -)J*(7F(6^
p!DdX
static holder _1; tQj=m_
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 nkq{_;xp
[GknE#p
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); +2E~=xX
而不用手动写一个函数对象。 Z+R-}<
|x.[*'X@
aQhT*OT{Q
P,S!Z&!
四. 问题分析 v'L"sgW6I
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 zV$Z@o
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。 t":^:i'M
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 fk^DkV^<
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 -XECYwTh
下面我们可以对这几个问题进行分析。 un6W|{4]
!G;BYr>X
五. 问题1:一致性 2QHu8mFU
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?| *[nS*D\:
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Pw|/PfG
5;{*mJ:F
struct holder cCtd\/ \
{ yaj1nq!*"
// 1iY?t
template < typename T > ohXbA9&(x
T & operator ()( const T & r) const AxJf\B8
{ t I+]x]m+
return (T & )r; qB3&F pgW
} tG,xG&
} ; az:lG(ZGw
>48)@sS
这样的话assignment也必须相应改动: ;hDIoSz
1p>&j%dk
template < typename Left, typename Right > P>6wr\9i[
class assignment =>C3IR/
{ Rm.9`<Y
Left l; [0NH#88ym<
Right r; +fF4]WFP
public : j|% C?N
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} iV%tn{fc
template < typename T2 > a67NWH
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } +>h'^/rAE
} ; bU(fH^
{u7_<G7
同时,holder的operator=也需要改动: b|h`v
hzk]kM/OC
template < typename T > W{'tS{
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const k3"Y!Uha:
{ r#.\5aQt
return assignment < holder, T > ( * this , t); tdRnRoB
} 'v3>"b
oY%NDTVN
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。 *}i.,4+y
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 b!|c:mE9|
^$O,Gy) V
return l(rhs) = r; hz+x)M`Y
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 @xtfm.}
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: szb],)|18
PT`gAUCw
template < typename Tp > 3>sA_
class constant_t :-.bXOB(
{ =:=uV0jX\
const Tp t; ,NaNih1
public : n.xW"omN
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} q>ps99[=
template < typename T > -5yEd>Z
const Tp & operator ()( const T & r) const djcCm5m
{ )b AcU
return t; /e}NZo{)g
} _gF )aE
} ; Dos`lh
pTJJ.#$CEF
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 {)0"?$C_H
下面就可以修改holder的operator=了 RI_3X5.KQ
tcf>9YsOr
template < typename T > vN%SN>=L<
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const T/&4lJ^2l^
{ poYO
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); V}kZowWD
} G u-#wv5@
J_A5,K*r|
同时也要修改assignment的operator() rBZ0(XSZQ
Og`w ~!\
template < typename T2 > i7f/r.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } z\8Kz ]n~
现在代码看起来就很一致了。 0ZXG{Gp9S
5Vzi{y/bL
六. 问题2:链式操作 [huS"1
现在让我们来看看如何处理链式操作。 n
LZ
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 !(soMv
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 {(#>%f+|C
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 d[5?P?h')
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct C0X_t
w"O^CR)
template < typename T > c6;tbL
struct result_1 &AI/;zru
{ ?j{LE-(
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; uf (`I
} ; FaC;vuSpy
wTGH5}QZ+
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: x-km)2x=W
Q0I22?
template < typename T > R;gN^Yjk:
struct ref 1O0o18'
{ Ms. 1RCup
typedef T & reference; 8M;VX3X
} ; HgP9evz,0
template < typename T > PYYOC"$
struct ref < T &> y8uB>z+#+;
{ `Pv[A
typedef T & reference; Cyg\FHs
} ; W~J@v@..4
J)iy6{0"
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: o })k@-oL
p`)(
template < typename T > PK@hf[YHe
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const %l!Gt"\xm
{ G%w hOIFRq
return l(t) = r(t); _4VF>#b
} GpV"KVJJ/
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。 \e64Us>"x
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 445}Yw5;9
qh!2dj
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 u;m[,
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: gwtR<2,p
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 P)Vm4u
1
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 %]Gm
最后的布局是: /l -lkG5
Add s)ymm7?
/ \ ?+)O4?#
Divide 5 AOhfQ:E 4
/ \ l(Dkmt>^
_1 3 (a0q*iC%
似乎一切都解决了?不。 yES+0D 5<
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。 XS5*=hv:
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。 I;]Q}SUsm
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: \M-}(>Pfk
zrWkz3FN
template < typename Right > ?YzOA${
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 5|>FM&
Right & rt) const ]03+8#J
{ @~v|t{G
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); !PX`sIkT
} n4Od4&r
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 cs[_5r&:
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 spIkXEK
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 B@Acm
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 5 Z+2
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 ;fLYO6
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? vovc,4}
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: LWQ.!;HY p
UX3
]cr
template < class Action > d7 )&Z:
class picker : public Action 8zv=@`4@G
{ 34ij5bko_)
public : 7#K%Bo2pG
picker( const Action & act) : Action(act) {} VhdMKq~`
// all the operator overloaded =WFn+#&^
} ; d1YE$
4 [2^#t[
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。 <i9pJGW
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: 6% +s`
DA'A-C2
template < typename Right > Hgs=qH
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const >_3+s~
{ !vNZ-}
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); m/W0vPM1
} :2#8\7IU^'
x2gnB@t
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > So &c\Ff
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"hL+F ^
0Y7b$~n'Y
template < typename T > struct picker_maker e_3KNQ`kA
{ c5~d^
typedef picker < constant_t < T > > result; ~9#nC`%2j
} ; @@$%+XNY
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > @Y2"=QVt
{ '^Kmfc
typedef picker < T > result; <