一. 什么是Lambda b-#oE{(\'
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Rx@0EPV
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, sZ"(#g;3<
*y~~~ 'J/
.|:R#VW
ACEVd! q
class filler 5z.Y}
{ UD&pL'{s
public : \h}sA
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} k]c$SzJ> /
} ; 9
H>JS
K7,Sr1O `
"JgwL_2
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: ,9buI='
C)cuy7<
cf\GC2+"^$
$%1oZ{&M
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); K;R!>p}t
S;u2B_/
&<(&u`S
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 %y+v0.aWH+
=|V#~p*
ddlF4L_
ka$la;e3
二. 战前分析
yi<H }&
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。 Bl+PJ
0
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 ?{1& J9H
b~!Q3o'W
]_m(q`_
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ?0d#O_la3
/* --------------------------------------------- */ ;(Z9.
vector < int *> vp( 10 ); o}L\b,])
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); cZ,}1?!
/* --------------------------------------------- */ FY,)iZ}Pq
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); i@ehD@.dH
/* --------------------------------------------- */ %\1W0%w
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); :>3?|Z"Aj
/* --------------------------------------------- */ EuKkIr/(
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); <@>l9_=R
/* --------------------------------------------- */
: !wt/Y
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); mfk^t`w_
nR,QqIFFw
C|S~>4`
Sj<]~*y"
看了之后,我们可以思考一些问题: j
HEt
1._1, _2是什么? ,a":/ /[
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。 l-8rCaq&J
2._1 = 1是在做什么? I(qFIV+HR
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。 CS;4 ysNf
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。 Eu[/* t+l
wu0q.]
4V'HPD>=V
三. 动工 [I(
Yn
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: !{b4+!@p
O&@CT] )8
(JT
273
YLb$/6gj6
template < typename T > 5wC,:c[H7
class assignment
=tc!"{
{ Lv<vMIr
T value; ;eW\41 w
public : ]3L/8]:
assignment( const T & v) : value(v) {} 1;~|[C
template < typename T2 > kTm}VTr
1
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; }
,: qk+
} ; sE[
Yg8yAt
1/J6<FVq
V}Ce3wgvA
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 L fZF
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment M[QQi2:&
sAoxLI
mTL JajE/
T _fM\jdI
class holder A}(o1wuw
{ L.: 8qY
public : !1/F71l DX
template < typename T > ?$VkMu$2k
assignment < T > operator = ( const T & t) const 7\yh<?`V8
{ _7'5I A
return assignment < T > (t);
es<
} $4BvDZDk`B
} ; JB'XH~4H
jW>K#vj
[OR"9W&
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: #gXxBM
6i@* L\
Dl
static holder _1; z#2n+hwE
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 9T0g%&
w[AL'1s]
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ~JO.h$1C
而不用手动写一个函数对象。 y2=yh30L0E
aP#/%
;3o7>yEv
1:J+`mzpl
四. 问题分析 c7RQ7\
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 HEw&'
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 d{Owz&PL
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ri6KD
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 K|I<kA~!H
下面我们可以对这几个问题进行分析。 6"R'z#{OF
5GGO:
五. 问题1:一致性 nlA:C>=
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 5]n\E?V'L
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 M{4XNE]m
mv^X{T
struct holder tHK>w%|\R
{ PbsxjP
// '.&Y)A6!
template < typename T > x,ZF+vE
T & operator ()( const T & r) const P>(FCX
{ kpxGC,I^*.
return (T & )r; ILqBa:J
} KC)}Mzt6_
} ; 7VL|\^Y `q
+wf9!_'
这样的话assignment也必须相应改动: h~ZLULW)B
jcb&h@T8kv
template < typename Left, typename Right > _,/~P)
class assignment [2h.5.af
{ 9zY6hh**
Left l; ]Y!x7
Right r; (|NC xey
public : b` va\'&3
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} eTuKu(0
E
template < typename T2 > 72 |O&`O
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } [c;#>UQMf
} ; FRQ0t!b<M1
T^(> 8/O
同时,holder的operator=也需要改动: 2;0eW&e
I2Imb9k~B
template < typename T > kDI?v6y5
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const tym:C7v%~
{ -$DfnAh
return assignment < holder, T > ( * this , t); cvG*p||
} H2+b3y-1a]
*0to,$ n
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。 g5lb3`a3
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 om2N*W.gk
6su~SPh
return l(rhs) = r; Q$v00z]f*
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 _TGs .t
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 8QZI(Xe9r
~$J(it-a
template < typename Tp > X%3?sH
class constant_t .Z
67
{ "r*`*1
const Tp t; F"UI=7:o
public : se`Eez}
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} n:P:im?,y*
template < typename T >
-0x Q'1I
const Tp & operator ()( const T & r) const DA.k8M
{
\2e^x
return t; tH44\~
} kS8?N`2}LV
} ; o~)o/(>ox
zX4RqI
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 e6Y>Bk
下面就可以修改holder的operator=了 yCvtglAJ4
,(pp+hNq
template < typename T > y<E];ub
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const r9Ogez ER
{ _p*8ke
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Uq$/Q7
} :C(/yg
bXOKC
同时也要修改assignment的operator() 8hD[z}
0hV#]`9`gN
template < typename T2 > &UOxS W
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 0B7G:X0
现在代码看起来就很一致了。 Z)M
"`2Ur
f|FS%]fCxk
六. 问题2:链式操作 ^2nrA pF
现在让我们来看看如何处理链式操作。 xdgAu
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ,>h"~X
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 %DYh<U4N
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 }!oEjcX'
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct } &B6
rB$~,q&.V
template < typename T > O5 73AA
struct result_1 wW1VOj=6V"
{ m^}|LB:5
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; =g9n =spAn
} ; YWl#!"-
i[IFD]Xy!j
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: G?'^"ae"Z
0Eb4wupo
template < typename T > A}(]J!rc
struct ref 6dR+qJa6i
{ *k62Qz3
typedef T & reference; dX cbS<
} ; B[GC@]HE
template < typename T > P'lnS&yA
struct ref < T &> XNWtX-[^@
{ 6r<a
typedef T & reference; j'z#V_S
} ; EGUlLqP6e
mG&A_/e!9
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: .iRKuBM/
IDH~nMz
template < typename T > DOKe.k
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const M/=36{,w-
{ 1"ZtE\{
"
return l(t) = r(t); 6+IhI?lI=
} id1cZig
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。 OR+qi*)
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 7sxX?u
m7'<k1#"Y
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 i"0Bc{cQ
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: s Z[[ymu8
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ~{/M_
=
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 n?EgC8b9
最后的布局是: ~~OFymQ%?q
Add Xkhd"Axi
/ \ pY"WW0p"C
Divide 5 51q|-d
/ \ iQgg[
)
_1 3 <b zzbR[F
似乎一切都解决了?不。 wc;n=
%
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。 6e+'Y"v
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。 mZR3Hl$
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: fZo#:"{/K
-+rzc&h
template < typename Right > n^4R]9U
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const (?r,pAc:
Right & rt) const U|}
?{x
{ LgNIb
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); &