一. 什么是Lambda M'xG.'
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 3
J\&t4q
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, 1c $iW>0K
-PHqD
gjy:o5{vA*
q%FXox~b
class filler ":Pfi!9Wl
{ ld'Aaxl&
public : c6HH%|
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ;7yt,b5&C
} ; B=2f-o
+'D
#VG
Y.o-e)zX
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: ptpu
u=3"
SG3qNM: g
uX,ln(9I*H
@,TCg1@QJ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); N Z~"2~Hh
#]Q.B\\
K-7i4
~
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 =A^VzIj(
{ FM:\/
6H!"oC&
]m""ga
二. 战前分析
TGozoPV
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。 @RS|}M^4
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 yl~h
`b4
$g)X,iQu
qgsKbsl
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); a.g:yWL\
/* --------------------------------------------- */ -\fn \n
vector < int *> vp( 10 ); AlT04H
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); rxAb]~MMp
/* --------------------------------------------- */ 1)h+xY
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); p"/B3
/* --------------------------------------------- */ *mXs(u
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); n&}ILLc
/* --------------------------------------------- */ #)$@Kvm
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); t>%J3S>'ZV
/* --------------------------------------------- */ 2;=xHt
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); <7sGA{
!4
G9`>n
=Qw`F0t
sMAu*
看了之后,我们可以思考一些问题: +wg|~Lef h
1._1, _2是什么? L-(.v*
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。 fmq9u(!R
2._1 = 1是在做什么? 5J<ghv>\P
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。 S%m$LM]NCg
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 eI*o9k$Qs
: w 4Sba3
NX:i]t
三. 动工 s:#\U!>0`
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: /CN`U7:E
OO+QH 2j
)}jXC4
G2}e@L0
template < typename T > +eD+Z.{
class assignment =`6_{<&
{ xA2"i2k9
T value; ,_2ZKO/k$
public : :*/`"M)'
assignment( const T & v) : value(v) {} + %07J6
template < typename T2 > ln6Hr^@5
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } -V)DKf"f
} ; -:o4|&g<*
P ||:?3IH
K PSHBv-#
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ];1Mg
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment m`Ver:{
|\MgE.N
mdTCe
HX
NJraol
class holder W{(q7>g
{ ?ydqmj2[F
public : m|w-}s,
template < typename T > .d>TU bR;
assignment < T > operator = ( const T & t) const wR= WS',
{ 11(:#4Y,
return assignment < T > (t); 8%wu:;*]%
} na1*^S`[
} ; I
;Sm<P7*
S @MO
cRhu]fv()
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: &%Lps_+fJ
Qs5^kddz=
static holder _1; <r'l5|er
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 d}t7bgk'j
TZk.?@s5
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 6eh\-+=
而不用手动写一个函数对象。 Bqd'2HQd
tmJ-2
^%?*u;uU%
OF)G2>t
四. 问题分析 $kA'9Y
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 cn$o$:tW
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 -6OgM}
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 +(-L
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ZCAdCKX|
下面我们可以对这几个问题进行分析。 d/O~"d
YxUC.2V|7$
五. 问题1:一致性 x$;I E
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?|
z"n7du}v
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 OIMsxXF\J
1]i{b/ 4
struct holder O:Ixy?b;Z
{ ShV#XnQ
// F5|6* K
template < typename T > \qAg]-
T & operator ()( const T & r) const "Vg1'd}f
{ 3S~Gi,
return (T & )r; .MzVc42<
} hv.$p5UY*
} ; \Y0o~JD
? %9-5"U[
这样的话assignment也必须相应改动: AUm"^-@x#>
c05kHB$O
template < typename Left, typename Right > oK5"RW
class assignment ([r4N#lx
{ Mbua!m(0
Left l; /Jjub3>Q
Right r; ;|.^_Xs
public : i*Wekr3Wo
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} PYYK R
template < typename T2 > wMB. p2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } s^{hdCCl67
} ; 9BJP|L%q
PE~umY]
同时,holder的operator=也需要改动: &G)I|mv
?~vVSY
template < typename T > Y%FQ]Q=+
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 78}QaE
{ ZPieL&uV`
return assignment < holder, T > ( * this , t); =o@CCUKpj
} 'edd6yTd
Vy:I[@6@+
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 rfgkw
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 l$PSID
*f[nge&.
return l(rhs) = r; G^`IfF-j
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。 sw={bUr6G`
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ETw7/S${
hGPo{>xR
template < typename Tp > mIK-a{?G
class constant_t TzC'xWO
{ :ub 4p4h*
const Tp t; OD*\<Sc
public : csceu+IA
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ;#F/2UgHB
template < typename T > KxZO.>,
const Tp & operator ()( const T & r) const `K ,{Y_
{ L9| 55z
return t; Ho}"8YEXNV
} Rr'#OxF
} ; Ry@QJn I<
UE-<
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 o7/S'Haxc]
下面就可以修改holder的operator=了 E<j}"W$a
p(jY2&g
template < typename T > pSjJ u D
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 0]3 ,0s $}
{ hV(>}hb
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); WF)(Q~op0U
} G E=J Y
yqaLqZ$
同时也要修改assignment的operator() l EcZ/
JnWG_|m)
template < typename T2 > 1S&GhJ<wJ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } }e7os0;s
现在代码看起来就很一致了。 o$*aAgS+
gRnn}LL^
六. 问题2:链式操作 ,g.*Mx`-
现在让我们来看看如何处理链式操作。 'pCZx9*c
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。 |[/<[@\''
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。 DChqcdx~~
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。 {XHAQ9'
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct F/ZB%;O9
rBOxI
template < typename T > #GDnV/0)
struct result_1 m#}41<
{ ^#|Sl D]
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; $pKlF0 .
} ; m*Zq3j
:y/1Jf'2f
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: 03ol6y )C
#ujry.m
template < typename T > J`E,Xw>2
struct ref r8.`W\SKX
{ p<eu0B_V
typedef T & reference; `!`g&:Y
} ; }V:B,:
template < typename T > ''bh{
.x
struct ref < T &> DFgQ1:6[
{ ?Uq;>
typedef T & reference; y*F !k{P
} ; wbIgZ]o!/;
L}~"R/iWCT
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: $?_/`S13
rr@h9bak;g
template < typename T > @U8}K#
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const M id v
{ yQT
cO^E
return l(t) = r(t); u|ph_?6o
} lOp7rW]$
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。 Oe)d|6=
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 &kR*J<)V
8t1XZ
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 O'm5k l
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: &z;bX-"E
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 :w!A_~ w2
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 TpAE 9S
最后的布局是: fH@P&SX