一. 什么是Lambda _^$F^}{&
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 TXbi>t:/S{
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, n<eK\w
6I|9@~!y[
f%P#.
w;kiH+&
class filler >#`{(^
{ z)R\WFBW
public : RF~c/en
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} #8%~ u+"N
} ; 821
6_Qm
P`
Gb}]rW
0OnqKgf
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: }_Y\6fcd
'
R= O eH
M{=p0?X
&$h#9
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); {>Qs+]
COxJ,v(
6rlM\k@!
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 b86c[2
Ng*O/g`%L
xo(>nFjo
WpkCFp
二. 战前分析 Hx9lQ8
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。 @[5] ?8\o
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 /1hcw|cfC
BtQqUk#L2
Lf;Uv[^c
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); |9)y<}c5oM
/* --------------------------------------------- */ _1jeaV9@
vector < int *> vp( 10 ); K~qKr<)
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); w3Dqpo8E
/* --------------------------------------------- */ 0{stIgB$
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); g&/r =U
/* --------------------------------------------- */ V|4k=_-
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); .G/RQn]x}
/* --------------------------------------------- */ |KSoS#Y
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); oCKn
/* --------------------------------------------- */ +@do<2l]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); `Tr !Gj_
%.:]4jhk
3B4C@ {
!A+jX7Nb
看了之后,我们可以思考一些问题: T1RICIf1F
1._1, _2是什么? ,!98VJmr
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。 OV-#8RXJ
2._1 = 1是在做什么? K48QkZ_gY
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。 h3p~\%^
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。 8>:u%+C1c
rWp+kV[Ec>
u}jC$T>2%6
三. 动工 |+1k7S,
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: I.1(qbPkF+
@[;$R@M_3
OuB[[L
0}\8,U
template < typename T > k[1w] l8
class assignment {dvsZJj
{ .Txwp?};
T value; X-SR0x
public : ,(kaC.Em
assignment( const T & v) : value(v) {} J^mm"2
template < typename T2 > oho~?.F
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } WAVEwA`r
} ; UJ&gm_M+kL
%vU*4mH
3`ze<K((
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 _2xYDi
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ^ E3 HY@j
QhPpo#^
:Lq=)'d;6
NOtwgZ-
class holder E{'\(6z_
{ (=tu~ ^
public : 8qs8QK
template < typename T > rU7t~DKS
assignment < T > operator = ( const T & t) const 9|>5;Ej
{ T{Yk/Z/}?
return assignment < T > (t); *35o$P46
} 31mlnDif
} ; rmdG"s
DE$T1pFV
N||s#
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: [Ib17#74
u6/;=]0
static holder _1; 0Pg@%>yb~
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 V`LW~P;
^bXCYkx
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); R-\"^BV#Z
而不用手动写一个函数对象。 SXmh@a"*\
K(}<L-cv
ns&(g^
`u7twW*U2
四. 问题分析 Ap`D{u/
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。 ~h444Hp=
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。 \3cg\Q+~
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 OLDEB.@
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 UG,n
q
下面我们可以对这几个问题进行分析。 {ALOs^_-
TK#-;p_
五. 问题1:一致性 Oz.Zxw
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?| \LDcIK=
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 W u693<
)H1chNI)
struct holder eRIdN(pP
{ 9q"G g?
// h>"Z=y
template < typename T > cP8@'l@!
T & operator ()( const T & r) const Ijs=4f
{ Nv\<>gA:
return (T & )r; @%#!-wC-5
} yx/qp<=
} ; ^4>Icz^ F
b'4r5@GO
这样的话assignment也必须相应改动: Td![Id
20mZ{_%
template < typename Left, typename Right > jp-]];:aPJ
class assignment Ji:0J},m
{ }/Y)^
Left l; bqUQadDB
Right r; IeJ@G)
public : "C [uz&
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ]\:l><
template < typename T2 > PX,fg5s\b
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } edh<L/%D
} ; 8R.`*
JLV?n,nF
同时,holder的operator=也需要改动: NKw}VW'|
OGU#%5"<
template < typename T > lV2MRxI
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const )1]LoEdm`
{ =|bW >y
return assignment < holder, T > ( * this , t); WFFpW{
} ~uu~NTz
WWWfQ_u2
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='!WIm
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 j_~lc,+m
'#x<Fo~hT
return l(rhs) = r; Q$DF3[NC
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 k3t2{=&'&x
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: [0hZg
7$I *ju_
template < typename Tp > .AZ+|?d
class constant_t cOEzS
{ FI(M 1iJ
const Tp t; U>_#,j
public : 9:6d,^X
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} *gXm&/2*
template < typename T > 7S9Q{
const Tp & operator ()( const T & r) const XvW
$B|
{ -<B{?D
return t; M;qV%
k
} (3Z~EIZz
} ; 8rsv8OO
j<*`?V^
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 64qQ:D7C
下面就可以修改holder的operator=了 Yg14aKZl
MEn#MT/Cz
template < typename T > &:)e
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const x+5y287#
{
T89VSB~
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); f7QX"p&P
} f^X\ N/
pGGx.&5#82
同时也要修改assignment的operator() hKW!kA=gZ
{:9P4<%H
template < typename T2 > z?8Sie
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } |qsY0zx
现在代码看起来就很一致了。 ~j2=hkS
H@WQO]PA
六. 问题2:链式操作 QabYkL5@
现在让我们来看看如何处理链式操作。 abM4G
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。 Y_<(~eN`
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。 )z?Kq0
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。 T3
k#6N.
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct mF !=H%
CiGN?1|
template < typename T > 3
,?==?
struct result_1 Aw *:5 I[
{ 2nPU $\du
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; }ZWeb#\
} ; o(@F37r{?
l?%U*~*
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: !Rw\k'<GKX
(&u)FB*
template < typename T > lCyp&b#(L
struct ref \W6|un
{ n`hes_{,g
typedef T & reference; s~6irf/
} ; 5K*-)F
]
template < typename T > wfrWpz=FO
struct ref < T &> ?RD)a`y51
{ )(pJ~"'L
typedef T & reference; h&6x.ps@
} ; cAc i2e
~L'}!'
&.
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: v+*l|!v
}`9}Q
O
template < typename T > r8~U@$BBK
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 2O5yS
{ Aq{m42EAj
return l(t) = r(t); P!";$]+
} _9Ig`?<>I
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 t%AW0#TZ
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 *7I=vro
s"|N-A=cS
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 +6{KrREX)
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ngJES`0d
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象
oB$D&
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 rkl/5z??
最后的布局是: |7I.DBjR;
Add Bv |Z)G%RR
/ \ | JL47FR
Divide 5 ]eq3cwR[|
/ \ \0pJ+@\T9
_1 3 WiL~b
=fT
似乎一切都解决了?不。 P
+ nT%
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。 ;.h5; `&
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。 yXw xq(32
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: E}qeh"sJt
OX4+1@$tk
template < typename Right > m-a_<xo
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ?^&!/,
Right & rt) const ls6ywLP{
{ s^9N7'
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); "FaG5X(
} RS/%uxS?
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Nu{RF
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。 |[|X
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。 'F+O+-p+
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。 /7h%sCX
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。 }~-)31e'`
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? \'"q6y
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: -zz9k=q
][bz5aV
template < class Action > _ #l b\
class picker : public Action );;UNO21+
{ eeb8v:4
public : #
dxlU/*
picker( const Action & act) : Action(act) {} (s{%XB:K
// all the operator overloaded s:cS 9A8
} ; 9&'Mb[C`"
v(4C?vxhG
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。 ( L RX
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: gpr];lgS
Dl/UZ@8pl
template < typename Right > c e=6EYl
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const miHW1h[=
{ VkhK2
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 8yFD2(#
} INzQ0z-z
!1"~tA!+p=
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > <WBGPzVZE
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。 *vsOL4I%
B?Y%y@.
template < typename T > struct picker_maker p|Rxy"}
{ hY'"^?OP
typedef picker < constant_t < T > > result; dt3Vy*zL
} ; 9i|6
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 0#*\o1r\p
{ on&N=TN
typedef picker < T > result; 2#W%--
} ; )vGRfFjw_
GJy,)EO6{
下面总的结构就有了: b<.+WkO
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。 Z@C
D1+ G
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。 s[s 6E`Q
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 YBS]JCO
至此链式操作完美实现。 x5`q)!<&
*bRH,u
xI:;%5{LN
七. 问题3 <JH0 &
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。 "l +Jx|h\
@1Zf&'/6
template < typename T1, typename T2 > 'T|.<u@~
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const V`fh,(:
{ l]v
*h0!
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Rb#Z\e}e-
} ]r"{G*1Q
9
RXx
+rdF0
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: [>_(q|A6+
)If[pw@j
template < typename T1, typename T2 > ir,Zc\C
struct result_2 =C3l:pGMB;
{ V">Uh@[J_
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; dqKTF_+VhA
} ; +Qc^A
p Y>yJ)
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? Ca1)>1Vz
这个差事就留给了holder自己。 u5CT7_#)
&