一. 什么是Lambda ,0Y5O?pu\
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 c;e2=
A
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, 5U/1Z{
f~D>
*<L4-
NTtRz(
:+>:>$ao
class filler
S*1Km&
{ 2x*C1
public : MO$dim>
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} s GP}>w-JZ
} ; 1y5$
Soa5TM
B:\TvWbu
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: /8` S}g+
| <ZkJR3B
grhwPnKl
21BlLz
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); $yx34=
sR. ecs+
/U%Xs}A)
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ep<2u
x
R]Q4+
9GZKT{*
[af<FQ {
二. 战前分析 emV@kN.
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。 9)qjW &`
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 d6.9]V?
?DC3BA\)
N|ut^X+|\
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); X=p~`Ar M{
/* --------------------------------------------- */ Xx0}KJq~"
vector < int *> vp( 10 ); WqC6c&NM
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); TvWhy`RQ
/* --------------------------------------------- */ E5M*Gs
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ),-4\!7
/* --------------------------------------------- */ iM Xl}3
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); nV0"q|0K;
/* --------------------------------------------- */ B94mh
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); D>O{>;y[
/* --------------------------------------------- */ S{NfU/:
dL
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); *s6MF{Ds
pAV}hB
T@]vjXd![
iD|"} }01
看了之后,我们可以思考一些问题: PaEsz$mgy
1._1, _2是什么? &0
VM <
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 {=,?]Z+
2._1 = 1是在做什么? rY>{L6d
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 15r<n
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 t$=0 C
Nky%v+r
F^=|NlU&%
三. 动工 -NVk>ENL4
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: T!hU37g h?
2f]9I1{
NDRk%_Eu(
O329Bkg
template < typename T > A]{8=
class assignment &Sc}3UI/F
{ MWCP/~>a2
T value; C<6IiF[>%
public : 3Nh;^
assignment( const T & v) : value(v) {} VYhZ0;' '
template < typename T2 > {nbD5 ?
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } h.QKbbDj
} ; ,7pO-:*g
1GW=QbO 6
'8>#`Yba
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 T"Wq:
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment mV;Egm{A\
4kA/W0 VG
Lvc*L6
0=s+bo1
class holder z1LATy
{ cJm!3X
public : XTyn[n
template < typename T > m\4jiR_o
assignment < T > operator = ( const T & t) const $Tq-<FbM)
{ 2&]UFg:8Q
return assignment < T > (t); y-"*[5{W
} Gr#p QE2;
} ; u:N/aaU=
/wCee G,<
HF5aU:M
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: k-T_,1l{
+
&b`QcH<
static holder _1; `a2Oj@jP
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 L"tj DAV
qEf)TW(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); C|W_j&S65
而不用手动写一个函数对象。 4%p5X8|\ih
o&?Tz*"l
t_,iV9NrZ
=X>3C"]
四. 问题分析 R8\y|p#c
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 4^alAq^
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 h.4;-&
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 T[<llh'+
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 =}r&>|rrJ
下面我们可以对这几个问题进行分析。 QD<^VY6
JO7IzD\
五. 问题1:一致性 C3bZ3vcW$
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?| #JO#PV%
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 n4k.tq
9T|7edl
struct holder F^T7u?^)
{ n1uJQt
// @'R4zJ&+S
template < typename T > 6l [TQ
T & operator ()( const T & r) const XT~JP
{ MJV&%E6{:{
return (T & )r; ?_W "=WpC
} yKOf]m>#
} ; AWQwpaj-
9qwVBu ;
这样的话assignment也必须相应改动: V)Z*X88:Tv
#B`"B
template < typename Left, typename Right > q'+XTal
class assignment )J~Qx-jG
{ pwd7I
Left l; M29[\@zL
Right r; 5[X^1
public : }[D~#Z!k
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Lkk'y})/
template < typename T2 > '$1-A%e$1
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } IH[/fd0
} ; 1x M&"p:
wOHK
dQ'
同时,holder的operator=也需要改动: RJF1~9
EW#.)@-
template < typename T > a2Q9tt>Q
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const )dC%g=dtc
{ A{9Hm:)
return assignment < holder, T > ( * this , t); 1ZhJ?PI,9{
} ~O@V;y
C"IPCJYn
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 1#]tCi`
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 I7BfA,mZ7
4d0PW#97.
return l(rhs) = r; G:u[Lk#6K
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 HewVwD<C
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: C&<f YCwG
z56W5g2
template < typename Tp > 8C4Tyms
class constant_t 8"8sI
{ 2',t@< U
const Tp t; N ?V5gi
public : vhWj_\m
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} tEiN(KA!5
template < typename T > gA~Ih
const Tp & operator ()( const T & r) const <Er|s^C
{ 0Lc X7gU>
return t; [u)^QgP
} l4;/[Q>Z
} ; jn)~@~c
_e ~EQ[,
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 PcUi+[s;x
下面就可以修改holder的operator=了 : ]CZS
/:yKa=$
template < typename T > iOki ZN+d>
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const .~W7{SY[
{ PJA 1/"
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); pN*>A^
} t&0n"4$d'
+` Em&
同时也要修改assignment的operator() ,p$1n;
dVO|q9 /
template < typename T2 > dBobVT'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 7|,5;
现在代码看起来就很一致了。 '7xmj:.==
~(I\O?k>H
六. 问题2:链式操作 1C .<@IZ
现在让我们来看看如何处理链式操作。 [0MVsc=
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 *QAK9mc
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 evimnV
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 !n)2HDYhx,
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct "'6KQnpZ
O$#`he/jm
template < typename T > @BW~A@8
struct result_1 ~Qzm!Po,
{ )W*S6}A
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result;
[[[p@d/Y
} ; n!3_%K0!r&
G'{4ec0<{
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: s)ZL`S?</
mjB%"w!S
template < typename T > WnUYZ_+e!
struct ref i'`Z$3EF)
{ ]'T-6
typedef T & reference; e7vPiQCc
} ; GW`9SB
template < typename T > p1G!-\l
struct ref < T &> 8b|&
{ oEKLuy
typedef T & reference; sbkWJy
} ; ,/o<O jR
M@8
<^CK
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: #p=/P{*
H$1R\rE`
template < typename T > lm]4zs /A
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const MK~viSgi
{ /p X\)wi
return l(t) = r(t); e:!&y\'"9
} t55
'
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。 0QEVL6gw
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 OU0\xx1/
fTV:QAa;
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 bnUd !/;
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: =3/||b4c
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 *PZN Z{|m
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ^U:pv0Qz
最后的布局是: _~5{l_v|I
Add 1(rH5z'F
/ \ oh#6>|
Divide 5 gZ/M0px
/ \ /lAt&0
_1 3 #/5jWH7U
似乎一切都解决了?不。 I^\YD9~=x
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。 ]hL 1qS
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。 "'II~/9
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: \f@PEiARG7
-i?!em'J
template < typename Right > SaQ_%-p
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const vPSH
Right & rt) const 0'z$"(6D
{ ,$W7Q
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); )Hl;9
} SvDVxK
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 GG%j+Ed
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。 H%Q@DW8~@
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。 9s5CqB
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。 65s|gfu/
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。 e)7[weGN
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? ,C(")?4aJ
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: &``;1/J*W
_YO`x
template < class Action > @ZD1HA,h"
class picker : public Action *vUKh^="
{ 0(:"q!h
public : />K$_T/]
picker( const Action & act) : Action(act) {} &[qLl
// all the operator overloaded bWUo(B#*I
} ; LnrR#fF]Z
xr)kHJ:v
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 hpLo
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 3V LwMF?
I)Lg=n$
template < typename Right > 9[6xo!
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const (Dq3e9fX
{ _@jl9<t=_
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); rc9 \
} 8Z F Ps/HP
kJHUaXM
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > $*L@ym
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 J3y5R1?EP
d!e$BiC
template < typename T > struct picker_maker Gzc{2"p
{ osPX%k!yw
typedef picker < constant_t < T > > result; Xk(c2s&
} ; V:F)m!
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 9'td}S
{ &hyr""NkAm
typedef picker < T > result; Y
-o*d@
} ; Aj SIM.
~*THL0]~
下面总的结构就有了: ,?<jue/bd
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。 OUnt?[U\
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&fAnpia=
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 76mQ$ze
至此链式操作完美实现。 mY#[D;mUe
e=1&mO?
jO<K0cc
七. 问题3 BLuILE:$
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。 s1:UCv-%
$zyY"yWRZ
template < typename T1, typename T2 > <yE(p
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 0[);v/@Ho
{ WI](a8bm
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); qW$IpuK
} Y'%sA~g
VG q'
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: t 0nGZ%`
L8/o9N1
template < typename T1, typename T2 > j}#48{
struct result_2 3Ki`W!C
{ i1\xZ<|0
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; |Tf}8e
} ; Yf7n0Etd,
T"dX)~E;
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? +:mj]`=
这个差事就留给了holder自己。 bX=ht^e[
FFK79e/5
L8TT54fM
template < int Order > u}qfwVX Z
class holder; DIkD6n?V
template <> :sk7`7v
class holder < 1 > P/,7CfyPd
{ ;BejFcb
public : VKS:d!}3E
template < typename T > DU({Ncge
struct result_1 ? R;5ErZ
{ &