一. 什么是Lambda e}n(mq
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 F'"-aB ~
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, ,L
MN@G
hUX8j9N>
T`,G57-5
i3pOGa<
class filler G`/4n@
{ *^Ro I
public : %&0/Ypp=
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 4`ZoAr-5|
} ; WJI}~/z;C
.Yvy37n((
lANi$
:aE
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: ,tDLpnB@;
pMY7{z
DliDBArxZ
aHb&+/HZ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); gvPHB+#A
S(^YTb7
&kn?=NW
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 eA{A3.f"Hz
72/ bC
7IQaXcl
'T(Q
二. 战前分析 @$Yk#N;&(
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。 {NcJL< ;tS
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 @4KKm@(p85
w
`+.F;}s
qu!x#OY+
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ,%qP
/* --------------------------------------------- */ e
z_c;
vector < int *> vp( 10 ); <f =<r*6
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); O3)B]!xL
/* --------------------------------------------- */ hsJ^Au=})w
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); rP,|
/* --------------------------------------------- */ [P0c,97_
H
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 0l/7JH_@V
/* --------------------------------------------- */ ?* r
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); .tHjGx
/* --------------------------------------------- */ `z.sWF|f!O
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Q&lb]U+\u
)A6=P%;}>I
>rSCf=
C1(RgY|
看了之后,我们可以思考一些问题: &
P%#
1._1, _2是什么? :'xZF2
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。 {<a)+S.6U
2._1 = 1是在做什么? sva-Sd8
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。 [z"oi'"fQ
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。 y+= s/c
+>AVxV=A#
i3KAJ@
三. 动工 xi4b;U j
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: r_FI5f
u~VXe
MmU`i ,z
Hyenn
template < typename T > ,Z
:2ba
class assignment eD3\>Y.z
{ mkPqxzxbrL
T value; MiKq|
public : j^v<rCzc(
assignment( const T & v) : value(v) {} ]Nw]po+
template < typename T2 >
m5a'Vs
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } O/$41mK+!
} ; >|gXE>
O2yD{i#l*#
wDSwcNS
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 NPFI^Uj#A
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment N H:Bdl3
9i
lJ
8e
?9:VM]
+2k{yl
class holder ;CoD5F!
{ pHye8v4fvi
public : Cs,Cb2[
template < typename T > _VM}]A
assignment < T > operator = ( const T & t) const XbeT x
{ h,-i\8gq
return assignment < T > (t); #Ye0*`
} pIug$Ke_%
} ; H;@0L}Nu+}
*a0#PfS[
aIr"!. 4
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: Sn
7h$
1{RA\CF
static holder _1; %KN2iNq
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 %Wm)
(Rp5g}b
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); #7sxb
而不用手动写一个函数对象。 m*h O@M
~(NFjCUY?
1K)9fMr]
AAuwE&Gg
四. 问题分析 cVarvueS
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。 O3dQno
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。 /UY'E<wBx
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 BT^=p
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 V\Y,4&bI
下面我们可以对这几个问题进行分析。 UF\k0oLz
4PR&67|AH_
五. 问题1:一致性 V?>&9D"m
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?| MSp)Jc
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 F x$W3FIO]
%s5(''a.
struct holder blP8"(U
{ NXz/1ut%
// JDp=w,7LF
template < typename T > gx eu2HG
T & operator ()( const T & r) const n$h+_xN
{ $GQEdVSNo
return (T & )r; - K"L6m|
} .b!HEi<F
} ; ti]8_vP}*
x>Dix1b:.
这样的话assignment也必须相应改动: .m%5Esx
hYA1N&yz@
template < typename Left, typename Right > >* F#ZZv}p
class assignment \l# H#~
{ %kH,Rl\g
Left l; \<y|[
Right r; -]YsiE?r
public : pe).
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} _j{)%%?r
template < typename T2 > 1Mx2%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Y(ClG*6 ++
} ; *_Ih@f H
74(bo\
同时,holder的operator=也需要改动: qC=ZH#
>m=XqtP
template < typename T > N
;n55N
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const j~cG#t]
{ gF;C% }
return assignment < holder, T > ( * this , t); Ly1t'{"7
} bIk4?S
M?n}{0E4
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 mM+^v[=
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 h^w# I
NID2$ p
return l(rhs) = r; s(=@J?7As
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。 {n<1uh9~$8
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: UD5hk
|h((SreO
template < typename Tp > u)/i$N
class constant_t 'g}Q@@b
{ q%1B4 mF'
const Tp t; qV``' _=<
public : n2["Ln mO
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} JiXN"s^mcb
template < typename T > =~dXP
const Tp & operator ()( const T & r) const K8QEHc:
{ (8~Hr?1B
return t; 3#F"UG2,_
} /
=v1.9(
} ; k4^!"~<+0
S6_dmTV*
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 0nR_I^
下面就可以修改holder的operator=了 <4;L&3
8lCo\T5"
template < typename T > vv`53 Pbw)
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ;jlI>;C;V
{ 2e({%P@2?
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); aLQ]2m
} sE^=]N
3YEw7GIO-
同时也要修改assignment的operator() y99|V39'
Xcg+ SOB
template < typename T2 > Xupwh5G2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } h<!!r
现在代码看起来就很一致了。 Dkg-y9
CzmB76zy.
六. 问题2:链式操作 WxtB:7J
现在让我们来看看如何处理链式操作。 K#yCZ2
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。 zWF[cf>'
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。 q~xs4?n1U
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。 ^c){N-G
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 8` WaUB%
1t#|MH
?U_
template < typename T > O tR
struct result_1 T{F
' Y%
{ QKt{XB6Y
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result;
n3s
} ; U{9yfy
88DMD"$B
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: gy5R"_ M U
&Z7 NF|
template < typename T > !Bhs8eGr3
struct ref #[~f 6s9D
{ -{$L`{|G
typedef T & reference; ,mt=)Ac
} ; "Y=4Y;5q
template < typename T > 3rx8"
struct ref < T &> ;!H]&2`'(
{ !q^2| %
typedef T & reference; A$::|2~
} ; h$ $i@IO0
>WY\P4)k
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: z3yAb"1Hg
,T+.xB;Q@
template < typename T > [|L~" BB
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const v)v`896S`
{ 3lefB
A7
return l(t) = r(t); vUJQ<D
} [-3x *?Ju
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 }#` -mRaU
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 g+KuK`\N%
9aY}+hgb#
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 mGc i>)2
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 9?+?V}o
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Sfffm$H
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 [nB4s+NX
最后的布局是: QG;V\2T2[
Add ;2,Q:&`
/ \ )"Dl,Fig:/
Divide 5 q_h/zPuH'
/ \ <+p{U(
_1 3 b./MVz
似乎一切都解决了?不。 #]s&[O43
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。 KhNOxMZ
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。 SbD B[O%
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: 2zbV9Bhq
s-T#-raE
template < typename Right > E~c>LF_]Q
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const
dm{/
Right & rt) const RjGJfN{
{ HP[M"u
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); }(w9[(K
} 7[YulC-pH
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 GFYHt!&[\
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。 UiN6-{v<2
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。 91}kBj
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。 ko`KAU<T_
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。 #Dl=K<I
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? '/<f'R^
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: y-@{
m+pFU?<|
template < class Action > |j!U/n.%w
class picker : public Action e!1am%aE
{ !sh>`AF
public : T7ICXpe@
picker( const Action & act) : Action(act) {} hixG/%aO
// all the operator overloaded f9?f!k
} ; G"F:68
N/r8joi#
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。 }x?2 txuu
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: U
oG+du[
$5J~4B"%3
template < typename Right > q#P@,|nc:
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const [Qn$i/`J
{ n~?n+\.&a
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt);
Aiqn6BX{
} +o}mV.&