一. 什么是Lambda 'cAc{\)
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 WfRfx#MMt
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, S~k*r{?H})
6hM]%
sp=OT-Pfp
!0ce kSesr
class filler ',JrY)
{ HUJ|-)"dw
public : UK6xkra?#
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} v.Xoq
} ; gE@$~Q>M
JYwyR++uo
>sQ2@"y)s2
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: JvfQib
oe!:|ck<
{4:
-0itG
3$c (M99r
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ok `]:gf
(S
k#x
]^:hyOK
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Re*|$r#
,M)k7t:
_\dt?(m|
<Zp^lDxa
二. 战前分析 Mny'9hsl
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 ?C
&x/2lt
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 L`UG=7r q
Q PFeBl
<t{?7_ 8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Gz>Lqd
/* --------------------------------------------- */ |1(rr%
vector < int *> vp( 10 ); EJZ@p7*Oj
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); {J~(#i
k
/* --------------------------------------------- */ g ?afX1Sg
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); JFM"ii{8
/* --------------------------------------------- */ 2yN%~C?$
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 2wx!Lpr<i_
/* --------------------------------------------- */ K1T1@ j
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); e(yQKwVD
/* --------------------------------------------- */ 1$$37?FE
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); {ITv&5?>
5-D`<\
~{L.f94N
J3B6X 8P'
看了之后,我们可以思考一些问题: =-$!:W~
1._1, _2是什么? OlMBMUR:
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 #B @X
2._1 = 1是在做什么? tTotPPZf}
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 YP[LQ>
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 1GtOA3,~;-
07x=`7hs}
"~u_\STn <
三. 动工 h|bqyu
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: T8n-u b<
24|
T H|?X0b
S|"Fgoj r
template < typename T > +}Xr1fr{jw
class assignment (/"thv5vT{
{ )ll?-FZ
T value; T yU&QXb
public : * R%.a^R
assignment( const T & v) : value(v) {} &Hv;<
template < typename T2 > AD^X(rW
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } x6LjcRS|
} ; KNy`Lj)VPY
[?-]PZ
;}LJh8_
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 [ S5bj]D
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment hwiKOP
HOE2*4r
jm[}M
wL;]1&Qq
class holder UL+E,=
{ Bwjg#1 E
public : eY
T8$
template < typename T > M[~Jaxw%
assignment < T > operator = ( const T & t) const (]2<?x*
{ )8;{nqoC
return assignment < T > (t); j"5Pe
} xw ?CMA
} ; J"-_{)0lD
v"rl5x
vF"c
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: Vu}806kB
tJ"az=?
static holder _1; XdpF&B&K7Q
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Rho5s@N 7
@0$}?2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); HOfF"QAR$
而不用手动写一个函数对象。 qNpu}\L
Vt'L1Wr0v
jZRh KT
MEEAQd<*
四. 问题分析 RcQ>eZHl
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。 Jy9bY
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。 !2z!8kI
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 dLZjB(0eO
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 0 h22V$
下面我们可以对这几个问题进行分析。 QZ&4:K+{
Qm<
gb+
五. 问题1:一致性 +@0TMK,P
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?| ,+s e
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 d/S+(<g
+semfZ)
struct holder X(]Zr
{ [B,'=,Hbs
// <s_=-"
il
template < typename T > 2JVxzj<~`
T & operator ()( const T & r) const l7z6i*R
{ atyu/+U'}
return (T & )r; QQFf5^
} SG:bM7*1'
} ; M ?*Tf&
34ha26\np
这样的话assignment也必须相应改动: lyyX<=E{)
^_68]l=
template < typename Left, typename Right > O+_N!/
class assignment Vv8_\^g]
{ /PXioiGcs
Left l; zie=2
Right r; <W*xshn
public : 2U}m RgJu
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} yyP'Z~0
template < typename T2 > j$vK<SF
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } \5~;MI.Sq
} ; $o.Kn9\
M;KA]fmc
同时,holder的operator=也需要改动: o2aM#Q
94Ud@F9d5
template < typename T > H8f]}
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const KXf<$\+zO
{ ^O)ve^P
return assignment < holder, T > ( * this , t); mRwT_(;t
} ^P?vkO"pB?
vZu~LW@1
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。 -f?A h
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ^,TTwLy-t
b{M}5~e=B
return l(rhs) = r; <'+ %\
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。 +{$QAjW(/
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: B76 v}O:
vX;HC'%n
template < typename Tp > 8gC)5Y
class constant_t /ZW&0E
{ _9@ >;]
const Tp t; a
}'->H
public : pjwaL^
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} +?[BU<X6u
template < typename T > f8'MP9Lv
const Tp & operator ()( const T & r) const .et ^4V3
{ }"_j0ax
return t; :$g8Zm,y
} }mZVL~|V
} ; yfEb
W%o|0j\1GU
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 7?nJ4x1
下面就可以修改holder的operator=了
so+4B1$)q
>$H|:{D
template < typename T > `#Kx|x6
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const _U0$ =V
{ {q3:Z{#>7
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ~e">_;k6
} 2r&R"B1`(
"NzD1k6.L
同时也要修改assignment的operator() }$kQs!#
Puh$%;x
template < typename T2 > aY)2eY
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } _Mt Qi
现在代码看起来就很一致了。 g5S?nHS}
B4ZIURciGz
六. 问题2:链式操作 WR#0<cz(
现在让我们来看看如何处理链式操作。 PB53myDQ
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。 XIAeCU
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。 Quzo8u
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。 p $ouh
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct lA^+Flh
{6G?[
`&ca
template < typename T > 'O?~p55T
struct result_1 o''wCr%
{ >&S0#>wmyG
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ~AZWds(,N
} ; nfdq y)
2i7e#
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 8)yI<`q6
{gsdG-
template < typename T > h}L}[
struct ref fuX'~$b.fA
{ bZ 443SG
typedef T & reference; T$+-IAE
} ; _S@aGw
template < typename T > r~7:daG*
struct ref < T &> M4m$\~zf
{ 8VQ 24r
typedef T & reference; A],ooiq<
} ; }uY!(4Rw
VDbI-P&c
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: P"_$uO( 5x
=ll=)"O
template < typename T > qO@@8/l
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ~9\zWRh
{ r0]4=6U
return l(t) = r(t); q|.dez'
} }{[mrG
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。 7KjUW\mN2Z
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 hBU\'.x
>\Sr{p5KR
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 0N:XIGFa
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ]; Wx
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 o<i,*y88
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 fc_2D|
最后的布局是: z=7|{ G
Add fJAnKUF)
/ \ \qh*E#j
Divide 5 G?c-79]U
/ \ GV.A+u
_1 3 %9v@0}5V
似乎一切都解决了?不。 <Fz~7WVd
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。 S9| a$3K'
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 +}xaQc:0|
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: h"+ `13
~b~2
>c9
template < typename Right > *^%*o?M~
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 13hE}g;.
Right & rt) const K(}AX+rIg
{ ?sz)J3
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); dt}_D={Be
} gB'fFkd
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 M]]pTU((
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 #/2$+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。 4qi[r)G
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。 [K/m
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。 ;)AfB#:d
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? 0\9K3
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: o=J9
PxFWJ?=
template < class Action >
D L'iS
class picker : public Action x#.C4O09
{ V5F%_,No
public : b</9Ai=
picker( const Action & act) : Action(act) {} NB_)ZEmF
// all the operator overloaded vmTs9"ujF,
} ; @=jWHS
cTTW06^
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。 2i{cQ96
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: Iq7}
`Z"Q^
template < typename Right > ~@ jY[_
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const \b=Pj!^gwb
{ $Xm6N@
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); q$(5Vd:
} bg,9@ }"F
5{e,L>H<
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > |*/[`|*G
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。 3DgsI7-F
u c7Eq45
template < typename T > struct picker_maker %WTEv?I{Ga
{ d[p;T\?"
typedef picker < constant_t < T > > result; 8mT M$#\
} ; l5xCz=dw
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > s~I6SA&i
{ ~S,p?I
typedef picker < T > result; zaTb~#c_
} ; 7\]E~/g
7/7Z`
下面总的结构就有了: t\P<X^d%
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。 *Xo]-cKL0
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。 (+uj1z^
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 P 3MhU;
至此链式操作完美实现。 ~lNsa".c
0:0NXVYs&
40E#JF#
七. 问题3 i)
E|bW;
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。 )^||\G
zDhB{3-Q1{
template < typename T1, typename T2 > H{J'#
9H
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const g~V+4+
{ GdV1^`M6
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ~Tbj=f
} !q"W{P
\^I>Q_LU
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: akw,P$i
3rLTF\
template < typename T1, typename T2 > HbP!KVHyk1
struct result_2 !Z
VU,b>
{ )i+2X5B`S
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ~{sG| ;/!*
} ; !EUan
Bqma\1cgb
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? W>-Et7&2
这个差事就留给了holder自己。 w 4[{2
!*- >;:9B
4DZ-bt'
template < int Order > *5 w{8
class holder; Y0?5w0{
template <> ()&~@1U
class holder < 1 > R.=}@oPb
{ CLvX!O(~
public : aQ:5d3m0
template < typename T > y.KO :P?5{
struct result_1 rZ8`sIWQt
{ *m?/O}R
typedef T & result; bfo["
} ; PkI:*\R
template < typename T1, typename T2 > Q.K,%(^;a
struct result_2 &0f5:M{P
{ vfVj=DYj
typedef T1 & result; 9z6XF]A
} ; y;/VB,4V
template < typename T > dOa%9[
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const jKt7M>P
{ Eke5Nb
return (T & )r; |:8bNm5[
} 2-Y<4'>
template < typename T1, typename T2 > TB0
5?F
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 8M!:N(a
{ (5]}5W*
return (T1 & )r1; <b,~:9*?
} oudxm[/U
} ; [eTSZjIN7
m2AnXY\
template <> 8WnwQ%;m?
class holder < 2 > L3CP`cx
{ ZP{*.]Qu
public : '7O3/GDK
template < typename T > vVOh3{e|
struct result_1 '],J$ge
{ @S|XGf
typedef T & result; 1GzAG;UUo6
} ; ,v"YqD+GC5
template < typename T1, typename T2 > 6Ybg^0m
struct result_2 / m=HG^!
{ -'6Dg
typedef T2 & result; yPq'( PV
} ; AK@9?_D
template < typename T > c/sC&i;%O
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const dAuJXGo
{ p5G?N(l
return (T & )r; &jmRA