一. 什么是Lambda ><OdHRh@#
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 )<4o"R:*
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, $V?zJ:a>L
d%9I*Qo0,
S|;a=K&hS
[K13Jy+
class filler &dvJg
{ 5WP[-J)
public : WlP@Tm5g/
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} fh$U"
} ; b7v] g]*
A4';((OXy
m'k`p5[=h
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: -j3 -H&
fFXs:(
9 )B >|#\
f]T1:N*t
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); F)e*w:D
e_]1e7t
voQ, K9
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 PyYKeo=
IvIBf2D;Q
HT?`PG
2!68W
X
二. 战前分析 U
YUIpe
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。 JPQ02&e
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 \<lV),
l$m^{6IYc
f+xGf6V
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); e7#=F6
/* --------------------------------------------- */ 8x,;B_Zu
vector < int *> vp( 10 ); I]SR.Yp%
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Qg6m
/* --------------------------------------------- */ =Bo0Oei
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); @D"|Jq=6P
/* --------------------------------------------- */ S"3g 1yU^_
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); '2[ _U&e
/* --------------------------------------------- */ L6 _Sc-sU
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); I}:>M!w
/* --------------------------------------------- */ ixKQh};5/
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ui 2RTAb
<Isr
G$@X>)2N8
8#Z$}?W
看了之后,我们可以思考一些问题: &OzJ^G\o
1._1, _2是什么? _cGiuxf
#
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 7gQt
k
2._1 = 1是在做什么? n<hwstk
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 HYg_{
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 WLh_b)V|
q0c)pxD%`
.FMF0r>l
三. 动工 A(s/Nz>
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类:
@ics
=)I{KT:y
,*lK4?v
3t_5Xacj
template < typename T > QiRzA4-zq
class assignment u8,T>VNVw
{
E;|\?>
T value; 1Gqtd^*;
public : #{?oUg>$
assignment( const T & v) : value(v) {} [X=eCHB?
template < typename T2 > 1)Ag|4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ~ZDdzp>
} ; 'V>+G>U
d8r+UP@#
~,guw7F
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 3&*%>)
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment k/mY. 2yPv
;kF p)*i
\C6m.%%={R
#nxx\,i>
class holder Fca?'^X
{ tvH)I px
public : 7xcYM
template < typename T > V , "'k<y
assignment < T > operator = ( const T & t) const 3z ry %qV=
{ $R5-JvJJH
return assignment < T > (t); ";xEuX
} eyG.XAP
} ; 3HiW1*5W
0CR;t`M@
OH(+]%B78
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: sg y
M#p,Z F
static holder _1; 3$b(iI< "
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 +Oscy-;
2n=;"33%a
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); u rOG Oa$
而不用手动写一个函数对象。 Rju8%FRO
+OmSR*fA0
; n@C(hG
^`7t@G$ D
四. 问题分析 QUDVsN#
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。 CvJm7c
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。 mI0r,Z*+M
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 C"{on%
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 LA+MX0*
下面我们可以对这几个问题进行分析。 l1[IXw?
M&FuXG%
五. 问题1:一致性 8iN As#s
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?| Kd)m"9Cc
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 d/&|%Z
r
}}_uN-m
struct holder &>{>k<z
{ lo: ~~l
// G= cxc_9
template < typename T > 3c3Z"JV
T & operator ()( const T & r) const Oy&'zigJ
{ 5m42Bqy"
return (T & )r; JWL J<z
} s>\g03=
} ; Ji[g@#
B6\VxSX4{
这样的话assignment也必须相应改动: P{eRDQ=
@W8}N|jek
template < typename Left, typename Right > JZzf,G:
class assignment m!60.
{ b<AE}UK
Left l; hhAC@EGG
Right r; |vz;bJG
public : =bWq 3aP)P
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} g{hA,-3
template < typename T2 > i(;-n_:,`
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } qk,y |7p
} ; QV$dKjMS
"NH+qQhs
同时,holder的operator=也需要改动: "n }fEVJ,
P&0cF{
template < typename T > i%PHYSJ.
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 5,BkwAr+6[
{ Wmxw!
return assignment < holder, T > ( * this , t); YwWTv
} BJxmW's/
n "KJB
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。 P=[x!}.I
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ( L\G!pP.
vC<kpf!
return l(rhs) = r; P8 ,jA<W
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。 5zw23!
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: B9)qv>m
lkWeQ)V
template < typename Tp > yn":!4U1
class constant_t [I<'E
LX
{ lEbR) B,
const Tp t; +Y9D!=_lj
public : #u5;utY:F
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} QqK{~I|l
template < typename T > |DPpp/
const Tp & operator ()( const T & r) const ?Gv!d
{ h8= MVh(I
return t; C+]q
} UH,4b`b
} ; $17
v,
="w8U'
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ^_S-s\DW
下面就可以修改holder的operator=了 )tI2?YIR
RQ)!KlY
template < typename T >
9q)nNX<$)
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const p9 ,\ {Is
{ z0Z\d
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Hs`#{W{.
} OG?j6qhpl
i&'^9"Z)O
同时也要修改assignment的operator() s?;<F
c>WpO Z,
template < typename T2 > VRQbf
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } cwWSNm|
现在代码看起来就很一致了。 "G-0i KW;
6[3Ioh
六. 问题2:链式操作 7~l
现在让我们来看看如何处理链式操作。 .";tnC!e
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。 QOh w
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。 ;]oXEq`
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。 6(q`Oj
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct lfpt:5a9&
ZG\ I1
template < typename T > e"s {_V
struct result_1 %L \{kUam
{ o S:vTr+$
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; @a.6?.<L
} ; U ygw*+
[>M*_1F
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: @(,{_c]
d0}%%T
template < typename T > XC/]u%n8](
struct ref y5AXL5
{ =4M.QA@lI!
typedef T & reference; TA@tRGP>
} ; |<$<L`xoe
template < typename T > k}f<'g<H
struct ref < T &> iQm.]A
{ Z*)y.i `
typedef T & reference; ZXsY-5$#d-
} ; cpF1Xp vT
An8%7xa7
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: '!yS72{$2
n$OE~YwP{
template < typename T > m_E[bDON
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const B::4Qme
{ P"V{y|2
return l(t) = r(t); Av;q:x?
} #A|D\IhF
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。 Q2[prrk%j
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 :p\(y
,{uW8L
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 C`yvBt40r
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: =YXe1$ $
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 {XDY:`vZ}
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 )DGz`->
最后的布局是: H4}%;m%
Add #90[PASx
/ \ $KwI}>E4
Divide 5 v.l7Q
/ \ d%#!nq{vd
_1 3 WNn[L=f
似乎一切都解决了?不。 sFQ4O- SM
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。 Yo~LckFF
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。 E(QZ!'%K+m
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: Hhe{ +W@~
O6m.t%*
template < typename Right > %1-K);SJ
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const k#axt
Sc
Right & rt) const AfbB~Ll Bq
{ ;ZQ-uz
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); X(Y#9N"
} GI2eJK
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 H&w:`JYDL3
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。 DS#cm3
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。 Jv_.itc
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。 DA<F{n.Z:
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。 GVmC }>z
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? YCa@R!M*O
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: EMVk:Vt]
_j:UGMTi(U
template < class Action > NFk}3w:
class picker : public Action "z
rA``
{ D(y+1^>
public : T
n"e
picker( const Action & act) : Action(act) {} 3lo;^KX !
// all the operator overloaded 9T(L"9r-e
} ; di~]HUZh)
(GCG/8s
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。 '
|&>/dyq
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: 9n1ZVP.ag
ldA!ou7
template < typename Right > >T<6fpXuk2
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const o^3FL||P#r
{ y|$R`P
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); tawe Gc%~
} ,4[dLWU
a:85L!~:l
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > qu_)`wB
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。 .*BA 1sjE
M\Se_
template < typename T > struct picker_maker 6?N4l ]l
{ xq}-m!nX
typedef picker < constant_t < T > > result; 11@]d]v ,
} ; \K;op2
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > /
s,tY74'5
{ `ncNEHh7K
typedef picker < T > result; OTj,O77k
} ; #%:c0=
@5xu>g Kn
下面总的结构就有了: H+ lX-,
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。 hq=,Z1J
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。 \R(R9cry
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 69-:]7.g
至此链式操作完美实现。 [E7MsX
iK#/w1`
afHaB/t{R
七. 问题3 RT^v:paNT2
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。 >{C\H.N
fiVHRSX60
template < typename T1, typename T2 > Ytao"R/
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const rEdY>\'
{ U3E&n1AA
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); F30
]
} 24ux
WNs}sNSf
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: ySe$4deJ
[ %}u=}@
template < typename T1, typename T2 > P`S@n/}
struct result_2 PFM'&;V
{ WkP
+r9rT
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; .$&Q[r3Lu
} ; +pf5\#l?
n_Onr0EvO
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? ('C7=u&F
这个差事就留给了holder自己。 $bvJTuw
v.=/Y(J
yHeEobvb
template < int Order > h5"Ov,K3[
class holder; krB'9r<wa`
template <> o31Nmy
Ni
class holder < 1 > 2&Jdf
{ @F~LW6K
public : -.IEgggf
template < typename T > 6GAaV[])'
struct result_1 4/e60jA
{ WC,+Cn e
typedef T & result; k|YWOy@D~
} ; aG+j9Q_
template < typename T1, typename T2 > l|/LQ/
struct result_2 @+LfQY
{ |Ic`,>XM
typedef T1 & result; <7_KeOLJ
} ; l?8M
p$M
template < typename T > lrWQOYf2
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const $ ((6=39s
{ tK(g-u0N`(
return (T & )r; (X[CsaXt
} uI~S=;o
template < typename T1, typename T2 > kc `V4b%
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const dXHB #
{ \2 y5_;O
return (T1 & )r1; nmU_N:Y
} X-LA}YH=tS
} ; OZY, @c
AK!hK>u`
template <> i_Re*
class holder < 2 > d[ >`")2)
{ H9)m^*
public : I04jjr:<
template < typename T > iIT8H\e
struct result_1 "9EE1];NT
{ }R[#?ty;]
typedef T & result; <h).fX
} ; ;22l"-F
template < typename T1, typename T2 > {`=0 |oP}
struct result_2 |BT MJ:B
{ 9>zcBG8f
typedef T2 & result; "xmP6=1
} ; C?ib_K*
template < typename T > 9Jf)!o8
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const :F,O
{ VGHWNMT
return (T & )r; zya5Jb:Sg
} ml0.$z
template < typename T1, typename T2 > uwf
5!Z:>
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const XqRJr%JH
{ Jj~EiA
return (T2 & )r2; A[IL
H_w
} XC 7?VE
} ; D(p\0V
\!IMaB]
WwH+E]^e+
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 YprHwL
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: [,n c
首先 assignment::operator(int, int)被调用: 2%*MW"Q
iwz
return l(i, j) = r(i, j); iGB_{F~t4}
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) dm-pxE "
%ms'n
return ( int & )i; (b?{xf'G
return ( int & )j; l4n)#?Q?
最后执行i = j; }N_NvY
可见,参数被正确的选择了。 +`7KSwa
(feTk72XX
G}
eUL|S
q$1PG+-
+&zYZA