一. 什么是Lambda "%8A:^1
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 uQLlA&I"
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, +w|9x.&W
m8+(%>+7
l^NC]t
D}Ilyk_uUw
class filler F="z]C;u
{ ~#:e *:ro
public : AV&yoag1
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} jn9 ShF
} ; ZA#y)z8!E
wN37zPnV~
5TBI<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: WKA'=,`v
D 7shiv|,
6*GjP ;S=
VS?@y/\In
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); `29TY&p+"
tqOi
x/
4aZCFdc
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 c(-Mc6
P2n2Qt2
X_; *`,<T
B'>*[!A
二. 战前分析 bm&87
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。 ]8 U ~Iy
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 .
,NB( s`
KiLvI,9y
;~HNpu$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 );
yeD_j/
/* --------------------------------------------- */ 'Tb0-1S?
vector < int *> vp( 10 ); ?SY<~i<K-
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 71B3a
/* --------------------------------------------- */ nN`"z3o
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); AZFWuPJo
/* --------------------------------------------- */ |U[y_Y\a
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Q 882B1H
/* --------------------------------------------- */ r
-f
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); d+z[\i
/* --------------------------------------------- */ ioIv=qGdiP
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); G2mNm'0
=.m6FRsU
<z#BsnjW{
Zcd7*EBdx
看了之后,我们可以思考一些问题: RagiV6c
1._1, _2是什么? 2?i\@r@E|
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。 j~ym<-[{a
2._1 = 1是在做什么? 1q~LA[6
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。 !"4w&bQ
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。 SqB/4P
m>Ux`Gp+
{ctwo X[;
三. 动工 z<C[nR$N
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: OKY+M^PP
5S/>l_od$2
f==*"?6\
0*(K DDv
template < typename T > GXb47_b^
class assignment +}!DP~y+
{ ZW ye>]
T value; t/:w1rw
public : O4+F^+qN
assignment( const T & v) : value(v) {} <GW R7rUH
template < typename T2 > ZL91m`r
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ,zgNE*{Y"4
} ; N2~$rpU3
6c\DJD
:zL 393(
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 < tQc_
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ]UUI~sFE
7u%a/ <
QJ<[Zx
(-(*XNC
class holder H/i<_L P
{ (DJvi6\H
public : >a]t<
template < typename T > ' Js?N
assignment < T > operator = ( const T & t) const r=csi
{ CM 9P"-
return assignment < T > (t); i>Iee^_(
} 7Jx%JgF
} ; )*[
""&
.)ST[G]WK
O<`R~
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: F!CAitxd
Dr'sIH^
static holder _1;
[,7-w
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ('WY5Yps
D9^7m
j?e
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); oeNzHp_
而不用手动写一个函数对象。 #\b ;2>
agY5Dg7
[-VGArD[k,
"|4jPza
四. 问题分析 E/"SU*Co
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。 ``-k{C#F
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。 ;QidDi_s>
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 IxP^i{/1?
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 v' 0!= r
下面我们可以对这几个问题进行分析。 I q,v
uYTCd ZQh
五. 问题1:一致性 ~PYFYjHC
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?| F"BL#g66
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 .}p|`3$P
G^KC&
struct holder 4$i} Xk#3
{ 6F ;Or
// LVmY=d>
template < typename T > N *1
T & operator ()( const T & r) const 5DSuUEvWcL
{ J9a $AU*
return (T & )r; {5 Kz' FT
} e`ex]py<C
} ; !w=,p.?V=
.Cfp'u%\;
这样的话assignment也必须相应改动: #11RLvDQd
\1{_lynD
template < typename Left, typename Right > k#jm7 +
class assignment CgoXZX
{ N(7u],(Om
Left l; 8bbVbP
Right r; ~>w:;M=sV8
public : BK*UR+,
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} >t,O2~
template < typename T2 > YE_6OLW
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 1)Eq&ASB
} ; {_Np<r;j<
|`v^ d|
同时,holder的operator=也需要改动: [)iN)$Mv
~ a>S#S
template < typename T > dgY5ccP
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ecT]p
{ s[Gswd
return assignment < holder, T > ( * this , t); }#|2z}!
} [k~C+FI
z"3H{ A
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。 .)0gz!Z
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 [)k2=67
`OLB';D
return l(rhs) = r; 5C65v:Q`N
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。 @|'Z@>!/pV
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: wNR=?Z~
6>lW5U^yA\
template < typename Tp > EGEMZCdk2
class constant_t `=v@i9cTZ
{ No~6s.H
const Tp t; =ty2_6&>
public : X$ PS(_M
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ;Lqm#]C
template < typename T > I2W{tl
const Tp & operator ()( const T & r) const 'Dq"e$JM<
{ O E]~@eU
return t; CL )%p"[x
} 8ur_/h7
} ; YiO3<}Uf
U#$:\fT
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 P8u"T!G
下面就可以修改holder的operator=了 ?qIGQ/af&
^:U;rHY
template < typename T > g.=!3e&z%
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const s1v{~xP
{ %27G 2^1
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); H'']J9O
} >LCjtm\
LsnXS9_
同时也要修改assignment的operator() zM)M_L
I>!|3ElT
template < typename T2 > .$OjUlzr-H
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } hOV_Oqe4?
现在代码看起来就很一致了。 1k`|[l^
rA2qV
六. 问题2:链式操作 7%X+O8
现在让我们来看看如何处理链式操作。 fA;x{0CAMX
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 83X/"2-K
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 75PS^5T,
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 oX2r?.j#M
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct KM E XT$p
gMCy$+?
template < typename T > lej^gxj/2
struct result_1 Wl?<c
uw00
{ n/Or~@pHD
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; MR[N6E6Mg
} ; 3!1&DII4
40rZ~!}
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: ;\1b{-' l
5,Qy/t}K
template < typename T > 9B&
}7kk
struct ref >&g2 IvDS
{ 0;'j!`l9
typedef T & reference;
hgNY[,
} ; ;A`IYRzt
template < typename T > *-+C<2"
struct ref < T &> ,Z >JvTnH
{ OrzM
hQaf
typedef T & reference; r';Hxa '
} ; 3KR2TcT#{
|:{g?4Mi
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: hLCsQYNDU
9$8X>T^
template < typename T > $]xE$dzJ
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const "Fo
{ 6_x}.bkIx=
return l(t) = r(t); 3{I=.mUUm
} ^"PfDTyA
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。 $HP/cKu
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 5^bh.uF
3KB|NS
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 4,o
%e,z
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: `e4o 1*
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ZE{aS4c
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 JvT%R`i
最后的布局是: N;e}dwh&
Add !^n1
/ \ eUi> Mp
Divide 5 PV5-^Y"v
/ \ &IIJKn|_
_1 3 j0Id!o
似乎一切都解决了?不。 S5zpUF=
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。 A&xab
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。 tj`tLYOZ@-
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: ]:[)KZ~
9<+;hH8J_r
template < typename Right > vQ?MM&6
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const h2im
sjf
Right & rt) const Vf@S8H
{ 3Pw%[q=g
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 9;}L{yve
} "TEBByO'
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ~NTDG
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。 JS }_q1H
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。 U&