一. 什么是Lambda gB?#T
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 e+S%`Sg
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, XI
pXP,Yy
;i1H {hB
:.@gd7T
z}Xn>-N-
class filler ?g!py[CrE
{ norWNm(n
public : W"$'$h
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} G|.>p<q
} ; <pz;G}
$ U<xrN>O
,Xao{o(
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: CfAX,f"ZP
b d9]'
,1od]]>(O
^oj)#(3C
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); v50=D/&w
afH`<!
7j5 l?K-
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 N[czraFBD}
2rne=L
UnGG%
53#7Yy
二. 战前分析 P#6y
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。 0F)Y[{h<
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 Qb6s]QZEV
,xNuc$8Jd
p1CY?K
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); &c0U\G|j
/* --------------------------------------------- */ ZY=x$($f
vector < int *> vp( 10 ); @2]_jW
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); z>hA1*Ti
/* --------------------------------------------- */
|G{TA
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 7\eN8+
/* --------------------------------------------- */ -k=02?0p+
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); we!}"'E;
/* --------------------------------------------- */ C;M.dd
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); nxCwg>
/* --------------------------------------------- */ !|hv49!H
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 2?#IwT'
na_Y<R`
}h>QkV,{2
pGh2 4E
看了之后,我们可以思考一些问题: 8I3"68c_a
1._1, _2是什么? jCxw|tmgq
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 -Y{P"!p0
2._1 = 1是在做什么? nUD)G<v
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ZEp UHdin
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 IA!( 'Ks
-ZBk^p
sd
xl@
三. 动工 s7#w5fe
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: @u#Tx%
._Wm%'uX
XX#YiG4|J
'3
5w(
template < typename T > j-ZKEA{:1
class assignment I HgYgn
{ `XS6t)!ik
T value; UJ<eF/KSmG
public : ~Qeyh^wo
assignment( const T & v) : value(v) {} dr'#
template < typename T2 > kK>PFk(
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } CQ9B;i`
} ; s`U.h^V
q0,Diouq
7'k+/rAO
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 (%D*S_m'
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 7g[T#B'/x,
" P c"{w
%s6|w=.1
!O~EIz
class holder y4^6I$M7V
{ !inonR
public : :Em[>XA
template < typename T > Ni7~
Mjjt
assignment < T > operator = ( const T & t) const 9K-=2hvv
{ ;<OIu&,*
return assignment < T > (t); 3~iIo&NZ
} |9$K'+'
} ; t
5g@t0$
WgF
Xv@Jjt
T1.`*,t)=
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: wz3BtCx
Ox#%Dm2
static holder _1; Y<0
[_+(
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 #XE`8$
E=+v1\t)]
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); a=>PGriL
而不用手动写一个函数对象。 ZaBGkDX5
3iMh)YH5b
sg RY`U.C
fH-V!QYGF
四. 问题分析 TL lR"L5
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。 A
M8bem~
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。 o|FRG{TJ
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 J39,x=8LL
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 WLqwntzk
下面我们可以对这几个问题进行分析。 %{Ez0XwGCn
4IuQQ
五. 问题1:一致性 C(qqGK{
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?| uU=O 0?'zq
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 x<W`2Du
Y;JV9{j
struct holder maW,YOyRN
{ R]L|&{
// ~ x-
R78'
template < typename T > ;& ny< gQ
T & operator ()( const T & r) const M[Lj N
{ z-<U5-'
return (T & )r; B/hL
} N,6(|,m
} ; tEh YQZ
ppH5>Y
6c
这样的话assignment也必须相应改动: R`sU5 :n
>jMq-#*4
template < typename Left, typename Right > i'aV=E5
class assignment Rl@k~;VV
{ `&xo;Vnc
Left l; vs}_1o
Right r; B/u0^!
public : :\[W]
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} @5jJoy(mX@
template < typename T2 > Exd$v"s
Y
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 6fV%[.RR
} ; sJu^deX
Ad !=
*n
同时,holder的operator=也需要改动: /<,LM8n
@LZ'Qc
}@
template < typename T > ,*ZdMw!
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const #/!fLU@
{ DA;,)A&=Q
return assignment < holder, T > ( * this , t); "5Orj*{
} y8=p;7DY
s8 S[w
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。 {YnR]|0&
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 n%GlOKC
PEqO<a1Z8
return l(rhs) = r; c@H:?s!0R
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。 G
Xx7/ X
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: )* 5R/oy,
)bN|*Bw3
template < typename Tp > ) inhPd
class constant_t =8FV&|fP
{ "|<6bA
const Tp t; G&8)5d[
public : KZ_d..l*W
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} -ZwQL="t
template < typename T >
x|C[yu^c
const Tp & operator ()( const T & r) const T;!7GW4E
?
{ pt[H5
return t; MR:GH.uM:
} T1'8<pJ^
} ; *9V;;bY#
z/09~Hc
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 D L0jA/f
下面就可以修改holder的operator=了 6~g`B<(?
c|?0iN
template < typename T > F|.,lb |L
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const $qOV#,@
{ IoUQ~JviA
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 6b&<5,=d:
} m]LR4V6k|
"o.V`Bj
同时也要修改assignment的operator() a|aRUxa0"
H{}0-0o
template < typename T2 > f`Km ctI
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } lFvRXV^+f
现在代码看起来就很一致了。 :6R0=oz
mY[s2t
六. 问题2:链式操作 g+shz{3zvz
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ACQbw)tiv}
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。 OT-!n
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。 m=;0NLs4
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。 29eg.E
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Z(g9rz']0
Fh t$7V
template < typename T > Z#H] yG
struct result_1 q:2V w`g'
{ $r0~&$T&
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; x\HHu]
} ; LObS
7U
Bqo8G->
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: xRum q
$gKMVgD"
template < typename T > |.kYomJ
struct ref Hj&mwn]
{ pPr/r& r
typedef T & reference; rHhn)m
} ; ] Tc!=SV
template < typename T > cH$zDm1
struct ref < T &> />1Ndj
{ 2de[ yz
typedef T & reference; BGAqg=nDV
} ; QEd>T"@g
&n:3n
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: r2:n
wlG
Ec!fx\
template < typename T > GS),rNBur
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const > Y7nq\
{ BLc&q)
return l(t) = r(t); GL4-v[]6I
} a`SQcNBf*
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。 S 6e<2G=O
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 o80?B~o
+RIG8w]
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 ziFg+i%s
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: B^4D`0G[4
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 j9)WInYc:
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ,SEC~)L
最后的布局是: {P'TtlEp
Add tnx)_f
/ \ 'k|?M
Divide 5 v9Kx`{1L
/ \ "YIrqk
_1 3 Y6LoPJ
似乎一切都解决了?不。 ?~G D^F
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。 X6_m&~}15
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。 UdBP2 lGd
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: \9[_*
hVvPI1[2
template < typename Right > H)XHlO^
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 45cMG~]p
Right & rt) const f<!3vAh
{ fBgW0o.Bu
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ^T}6oUd
} FmU>q)
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 8u+FWbOl]
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。 B o@B9/ABv
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。 ` oBlv
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。 "S$4pj`<
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 x,kZ>^]&b
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? [X >sG)0S~
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: ] r8
hMv
^1d"Rqtv
template < class Action > QBi&Q%p iy
class picker : public Action lTNfTO^
{ u_0&`zq
public : ppv/A4Kv
picker( const Action & act) : Action(act) {} Ave{ `YD
// all the operator overloaded C[cNwvz
} ; NzRpI5\.
%m8;Lh-X
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 >s\j/yM
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: KEfn$\
ujF*'*@\
template < typename Right > l=jfgsjc
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const lYZ5FacqC
{ E_VLI'Hn?
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); .gmNE$d
} JN5<=x5r
_ZgIm3p0A
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > GWs[a$|
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。 99T_y`df
nxzdg5A(w
template < typename T > struct picker_maker ZzDE
{ &p\fdR4e
typedef picker < constant_t < T > > result; +-=o16*{ !
} ; p h[
^ve
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > z"`q-R }m
{ 3`9H
typedef picker < T > result; D;@*
} ; zu6Y*{$>g
I+ZK \?Rs
下面总的结构就有了: =ytB\e
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。 '\[o>n2
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。 oH/6
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 U1&pcwP
至此链式操作完美实现。 J\iyc,M<M
mp2J|!Lx
eT??F
七. 问题3 vB0O3]
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。 'qRK6}"T
> UT Ak
template < typename T1, typename T2 > RfP>V/jy5
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Vc!` BiH
{ 0Xmp)_vba
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 2t h\%
} n[zP}YRr
k(Z+(Y'{q~
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: "*o54z5"
y(M-
template < typename T1, typename T2 > _I;+p eq
struct result_2 L,Jl#
S
{ /I2RU2|B
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ~.4-\M6[
} ; TV$Pl[m
(<?6X9F:N
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? V=";vRS8
这个差事就留给了holder自己。 ?2ZggV
b-}nv`9C
>h3r\r\n3
template < int Order > +dWx?$n
class holder; q$vATT
template <> S4RvWTtQV
class holder < 1 > m&)5QX
{ L(tA~Z"k
public : !;'.mMO&%
template < typename T > r&AX
struct result_1 g?V>+oMx
{ nBs%k!RR
typedef T & result; qx0RCP /s
} ; (yk^%
template < typename T1, typename T2 > 7.4Q
struct result_2 \VL[,z=q.
{ R["2kEF
typedef T1 & result; w3lR8R]
} ; )zK`*Fa
az
template < typename T > neW_mu;~Z
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 8y;W+I(71
{ <1tFwC|4BJ
return (T & )r; *hI
} Kp")
%p#
template < typename T1, typename T2 > :O:Rfmr~
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const /s.O3x._'
{ 4^1B'>I
return (T1 & )r1; @fR^":.h
} uPk`9c52%
} ; +5pK[%k
TK.a6HJG
template <> 2.)@u~^Q
class holder < 2 > T:+%3+;a
{ F"O{eK0T
public : sY__ak!>
template < typename T > j I
struct result_1 tjZ.p.IlG
{ %)[m bb
typedef T & result; %MyA;{-F6
} ; @MIBW)P<
template < typename T1, typename T2 > jRN*W2]V
struct result_2 .uzg2Kd_
{ #~um F%#
typedef T2 & result; ND[u$N+5x"
} ; |He,v/r
template < typename T > l,}{Y4\G
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const KE\p|X i
{ t ZUZNKODW
return (T & )r; B<