一. 什么是Lambda f$$l,wo
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 L
A-H
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, )$K )`uqb
"mc/fp
)8vz4e Y
f<WP<!N%
class filler ]b!o(5m
{ eAN]*:]g
public : 89T xd9X
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} n{JBC%^g
} ; asqbLtQ
8P5yaS_
k4jZu?\C]
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: D@ut -J(.
i356m9j
%D_2;
`s93P^%
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); :U_k*9z}=
3Ob"R%Yo
*YmR7g |k
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 y}5V3)P
vw VeHjR
6L[ Yn?;
\M0-$&[+Z
二. 战前分析 o?(({HH
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。 X!Ag7^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 Z5iP1/&D
^\=<geEj
5%,5Xe4p
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); @9_H4V
/* --------------------------------------------- */ h>\T1PM
vector < int *> vp( 10 ); iJ n<
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); {3n|=
/* --------------------------------------------- */ *R1m=
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 0Oy.&C T
/* --------------------------------------------- */ ^o&3 +s}M
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); %(lr.9.]H
/* --------------------------------------------- */ Iz Vb
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Q@]~O-
/* --------------------------------------------- */ pQv`fr=
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); MLwh&I9)
~q]@Jp
-PX Rd)~
BfZAK0+*$
看了之后,我们可以思考一些问题: q.sErr[zc
1._1, _2是什么? .Z%y16)T
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。 N{oi }i6
2._1 = 1是在做什么? 4WCWu}
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。 *IBT!@*Q&
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。 SSG57N-T
fz/Ee1T\
..jc^'L
三. 动工 cbe&SxJ
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: r7B.@+QK
?VCdT`6=
zT$-%
4lrF{S8
template < typename T > wUb5[m
class assignment t~vOm
{ ,U`:IP/L
T value; ^h wF=
public : 9! 'qLO
assignment( const T & v) : value(v) {} Hq<Sg4nz
template < typename T2 > SURbH;[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 9*s''=
} ; u|]{|Ya'%
6/{V#.(
wf*G+&b d2
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 `)5,!QPQ7u
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment a,eR'L<"*-
'T=$Q%Qv
VF#2I%R*
o[=h=&@5p
class holder |,YyuCQcL[
{ 6.#5Ra
public : z!`aJE/
template < typename T > I*h%e,yIO
assignment < T > operator = ( const T & t) const : jgvg$fd
{ NsbC0xLd
return assignment < T > (t); 2ed4xhV
} /%qw-v9qPV
} ; ;B Lw?kf
sKE7U>mz|
GJTKqr|1O
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: >~%!#,C(|U
$MW-c*5a
static holder _1; =Sjr*)<@j
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 GFA D
W^U6O&-K
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); NT(gXEZ
而不用手动写一个函数对象。 r.-U=ql
UXs=7H".
v67utISNI
@:2<cn`
四. 问题分析 d}d1]@Y\
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 jV W .=FK
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 1=U(ZX+u
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 5a8[0&hA 2
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 IZ9L
;"}
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Cd Bsd
p~v
rr 5
五. 问题1:一致性 o<1a]M|
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 7E0L-E=.
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ajr);xd
_ ^ JhncL
struct holder K;ncviGu
{ JXT%@w>I
// m!'moumL;
template < typename T > *U<l$gajq
T & operator ()( const T & r) const $!?tJ@{
{ 2il)@&^
return (T & )r; %R|_o<(#MJ
} dWR-}>
} ; MKdS_&F;~
nky%Eb[\
这样的话assignment也必须相应改动: "c+j2f'f
jRn5)u
template < typename Left, typename Right > ~ShoU
m[
class assignment N*^iOm]Y
{ ?$chO|QY
Left l; !
.q,m>?+
Right r; wP|Amn+;
public : SRP.Mqg9
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} CIt%7
\c
template < typename T2 > 1\t# *N
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } iY~.U`b`
} ; NA :_yA"
/m"#uC!\
同时,holder的operator=也需要改动: pxGDzU
_ ^2\/@
template < typename T > #
dA-dN
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const o$4i{BL
{ "Y1]6
Zu
return assignment < holder, T > ( * this , t); wI0NotC
} "r+ v^
R5"5Z?'
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。 a+-X\qN
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 c}-ADr9
5%6{ ePh{
return l(rhs) = r; V/t/uNm
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。 y^u9Ttf{
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: `] fud{
qj.>4d
template < typename Tp > tz^2?wO
class constant_t q
HU}EEv
{ w=;Jj7}L
const Tp t; %&Fsk]T%:
public : z+5ZUS2~&
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} `)aIFAW
template < typename T > mm1fG4
*%
const Tp & operator ()( const T & r) const H^d2|E[D
{ $n><p>`
return t; }G/#Nb)
} Nn/f*GDvK
} ; 7u=R5
39yp1
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 #/,Wgs AC
下面就可以修改holder的operator=了 TXWYQ~]3w
mVs<XnA47
template < typename T > &i5MRw_]]
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const sw\O\%^
{ W5SCm(QS5
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); vyA
`Z1
} hI#1Ybl
}x~1w:zHd
同时也要修改assignment的operator() Lw1aG;5
wCitQ0?
template < typename T2 > NZQl#ZJH:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 2zPO3xL,
现在代码看起来就很一致了。 Ovhd%qV;Y
'JpCS
六. 问题2:链式操作 E9bc pup
现在让我们来看看如何处理链式操作。 e[($rsx
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。 *NjjFk=R
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。 CG0jZB#u
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。 6rll0c~
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct />dH\KvN
u}0U!
template < typename T > |y%M";MI
struct result_1 [-p?gyl
{ Z(|'zAb^
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 3 q^^Os
} ; X+%5q =N
!uc"|S?
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: K\VL[HP-
wfMtWXd;KB
template < typename T > ]n
'FD|
struct ref L5RBe
{ #wS/QrRE
typedef T & reference; U3tA"X.K
} ; ~gi,ky^!
template < typename T > (Do](C
struct ref < T &> cYx.<b
JH
{ @s%!R
typedef T & reference; N ]|P||fC
} ; 3$n O@rOS
^V?W'~
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ^ fqco9^;
17ol %3 M
template < typename T > x@Ze%$'
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const @x[Arx^?}
{ :$f9(f&
return l(t) = r(t); nsjrzO79L8
} 2_C&p6VGj
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 A>B_~=
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 0ME.O+
qZB}}pM#
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 grZ?F~P8
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Ch0t'
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 gCP f1z
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ZQN%!2
最后的布局是: N#&/d nV
Add zy\R>4i'#Q
/ \ "eH.<&
Divide 5 9>!B .Z?!#
/ \ )+dd
_1 3 ud$*/ )/
似乎一切都解决了?不。 LEJn
1
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。 O
<#H5/Tq
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。 aTi,gJ;*
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: 5~H}%W,P
;-"'sEu}
template < typename Right > %^ LwLyoVM
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const w(cl,W/w
Right & rt) const cz.,QIt_
{ =g^k$ Rc
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); \Pt_5.bTs[
} $/|2d4O:{
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 >`)IdX
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。 Xo/0lT
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。 H+?@LPV*N
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。 ykBq?Vr
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。 Scz/2vNi`
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? Z_WJgH2c
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: XM:Y(#?l
qGhwbg
template < class Action > ]s>y se
class picker : public Action K0-AP
$
{ f~Ve7
public : ?3;0 SAh
picker( const Action & act) : Action(act) {} >,A&(\rO
// all the operator overloaded e;r?g67
} ; mNdEn<W
MzpDvnI9
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。 *<#$B}!{
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: oeF0t'%
1 R,?kUa
template < typename Right > %O02xr=
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 8i Xt8XY3
{ $e/[!3CASP
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); kx6-8j3gD7
} /;V:<mekf
b6ui&Y8z
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ,4Qct=%L_
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。 .:A&5Y-
v7#`b}'W
template < typename T > struct picker_maker @z<IsAE
{ p#+Da\qmx
typedef picker < constant_t < T > > result; 2/f!{lz ](
} ; HE.YfD)
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > TBu[3X%
{ [e?vqm .
typedef picker < T > result; y#?AW`|
} ; $I4:g.gKpG
Og/@w&