一. 什么是Lambda )"](?V
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 8Vy/n^3)
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, ;(rK^*`fO
Lb?0<
[OS&eK 8
T%A"E,#
class filler ==S^IBG
{ 8gG;A8
public : 0./Rdf=-1j
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} iI;np+uYk
} ; hW` o-'
_p?s[r*
,BR W=
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: UgD)O:xaU
^\r{72!y
R5\|pC
>3}N;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); >vXS6`;
[
~kS)
6Ilj7m*
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 4wWfaL5"
u4'B
eIOMW9Ivt
2cwJ);Eg2
二. 战前分析 xIH= gK
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。 5=b6B=\*~
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 k"6v& O
|E;+j\
0U !&|i\
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); -j@IDd7
/* --------------------------------------------- */ ^])s\a$
vector < int *> vp( 10 ); \odns
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); $~\Tl:!#?
/* --------------------------------------------- */ 7X>*B~(R
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); pktnX-Slt
/* --------------------------------------------- */ N36B*9m&p
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 79I"F'
/* --------------------------------------------- */ NErvX/qK
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); +??pej]Rp
/* --------------------------------------------- */ ?O"zp65d(
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ^gkKk&~A5?
e7tio!
N4b{^JkF
DR]4Tc z#
看了之后,我们可以思考一些问题: S]A[eUF~
1._1, _2是什么? vQj{yJ\l1
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。 &*oljGt8
2._1 = 1是在做什么? q\<NW%KtX
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。 *$3p3-
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。 $M~`)UeV_
F"QJ)F
;,7m
三. 动工 u68ic1
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: c~}FYO$
BqM[{Kv
=dmxE*C
O-box?
template < typename T > y'n<oSB}
class assignment DiZ;FHnaG?
{ @!|h!p;
T value; tgHN\@yj
public : $e.Bz`
assignment( const T & v) : value(v) {} a54S,}|
template < typename T2 > na
0Zb
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } mX, @yCI
} ; er2;1TW3E
EfkBo5@ Qi
M:L-j{?y_
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 v- p8~u1N
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment >FJK$>[1:p
Y![8-L|Q
n57mh5mixM
B*P;*re
class holder y<#Hq1
{ ;F"Tu
public : GaV OMT
template < typename T > .y0u"@iF
assignment < T > operator = ( const T & t) const Yv2L0bUo:
{ >h~>7i(A
return assignment < T > (t); {hm-0Q
} *~w?@,}
} ; JvaHH!>d/
]mjKF\
.'4@Yp{=
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:
A7eYKo
q
[?(qhp!
static holder _1; #a'CoJs
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 v&7x ~!O
_d+` Gw
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 9>ZX@1]m_
而不用手动写一个函数对象。 vV*/"'>
JeAyT48!M
wRq
f'
:c`djM^ll
四. 问题分析 XhN?E-WywQ
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。 {7q8@`Oa
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。 r 5+ MjR
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 %o`Cp64`Q
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 #qJ6iA6{
下面我们可以对这几个问题进行分析。 6Q&i=!fQ
&4)PW\ioY
五. 问题1:一致性 0UGAc]!/RZ
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?| 238z'I+$G/
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 VTi;y{
@&9<)1F
struct holder 84s:cO
{ IVeA[qA0
// ,S~A]uH'
template < typename T > A5O; C
T & operator ()( const T & r) const jO`L:D/C
{ fSGaUBiq}
return (T & )r; a)6?:nY$
} }VVtv1
} ; faZc18M^1
?}jjBJ&
这样的话assignment也必须相应改动: 6'e 'UD
O<XNI(@
template < typename Left, typename Right > ~dLe9-_9
class assignment ?3i<^@?
{ 5"+;}E|q
Left l; dbF9%I@
Right r; N'|9rB2e
public : ZJ[p7XP
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} "L9pFz</
template < typename T2 > k_Lv\'Ok
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } HDz"i
} ; 9'KOc5@l^
=S\pI
同时,holder的operator=也需要改动: lg
1r]
nQn=zbZ3
template < typename T > qVds
2
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const )Rj?\ZUR
{ cO-^#di
return assignment < holder, T > ( * this , t); 0_t9;;y :
} aDE}'d1qo
^HHT>K-m
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。 8P2_/)|
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 P{,=a]x,mz
W=,]#Z+M;
return l(rhs) = r; QR$m i1Vv\
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。 ,{Z!T5 |
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 3v)``
n@
G@<[fO|Iam
template < typename Tp > Su'l &]
class constant_t T\Jm=+]c!
{ Owh:(EJ"d
const Tp t; 7}tXF
public : /8P7L'Rb
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} msw=x0{n5
template < typename T > NF7+Gp6?q
const Tp & operator ()( const T & r) const $@[Mo
{ R5<:3tk=X
return t; |lVi* 4za%
} vnX~OVz2
} ; 8=mx5Gwz-
Nm3CeU
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 }w)wW1&
下面就可以修改holder的operator=了 6O'Y@9#
}jg,[jw_"X
template < typename T > >E>'9@Uh
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const qi8~bQ{rH
{ f^[m~
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); {65_k
} YO;@Tj2)x
gyCXv0*z
同时也要修改assignment的operator() `,FhCT5
''.\DC~K
template < typename T2 > QVD^p;b
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } %O>_$
4q
现在代码看起来就很一致了。 Q?dzro4C
"}<baz
六. 问题2:链式操作 P_M!h~
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Lvn+EM
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。
_,*QJ
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|7{ZE`Y
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。 OL623jQX
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct O{=@c96rl
XZ|\|(6Cc
template < typename T > *,wW-8
struct result_1 UR[UZ4G
{ _No<fz8
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 0Rh*SoYrC
} ; w5a;ts_x
-nB.
.q
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: w.Go]dpK
bWMb@zm
template < typename T > 4& 9V
struct ref EL9JM}%0v
{ &"X1w $
typedef T & reference; ES[]A&tf
} ; S2$r 6T
template < typename T > eak+8URo
struct ref < T &> =n MAw&`
{ 'Y>@t6E4
typedef T & reference; ]?hlpL
} ; !]P=v`B.
='HLA-uT
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: g"D:zK)
37|EG
template < typename T > 4HyD=6V#
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ,f[Oy:fr
{ ,v(ikPzd
return l(t) = r(t); e{*z4q1
} Bv}nG|
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 <&}N[
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 5K$d4KT
sH Hu<[psM
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 vNAQ/Q
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 4pFoSs?\
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 "%+9p6/
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 \0^Je>-:U
最后的布局是: !A"-9OS2
Add ^L's45&_
/ \ \-:4TuU
Divide 5 Z]^O=kX7k
/ \ %eE 6\f%g
_1 3 t` zPx#])
似乎一切都解决了?不。 `w%Qs)2
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。 AXpyia7nU
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。 P? LpI`f
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: g<MCvC@
aX35^K /
template < typename Right > Mog!pmc{
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Y!_e,]GW
Right & rt) const ~@K!>j
{ 79ZYRm2;
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); +K"d\<
} 2sT\+C&H
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 @5TJ]=
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。 2Xp?O+b#"O
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。 A)D1
#,0
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。 Us8nOr>5
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。 ?) VBkA5j
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? l~GcD
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: ,a}
vx"~
f15n ~d
template < class Action > rNX]tp{j
class picker : public Action e>$E67h<~
{ +rOd0?
public : 6ieP` bct
picker( const Action & act) : Action(act) {} 'E#Bz"T
// all the operator overloaded x5W.
3*
} ; }<G#bh6;Q
b$eZ>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。 rFYw6&;vOi
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: 0%]F&|
Z`kI6
template < typename Right > }e&Z"H |
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const .T^e8
{ T3^(I~03
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); CYN|
} ~ ^)4*@i6
0uf)6(f
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 0-zIohSJdQ
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。 xX{gm'3UYa
P}mn2Hs
template < typename T > struct picker_maker N(L?F):fT
{ )zq sn
typedef picker < constant_t < T > > result; " IC0v9
} ; <I^Tug\M+
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > _w49@9?
{ b)@b63P_
typedef picker < T > result; p ^Dm w0y
} ; |1^
!rHg
kY`L[1G$
下面总的结构就有了: _0qp!-l}
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。 dzyp:\&9
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。 WhN~R[LE_
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 BFMINq>
至此链式操作完美实现。 _9b;8%?Yf
:/FT>UCL
##qs{s^]
七. 问题3 :<>=,`vQD
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~iAjq+c
wdTjJfr
template < typename T1, typename T2 > Ce_ES.
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const B&c*KaK;~
{ 44(l1xEN+
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); *9xv0hRQ%?
} j_HwR9^fd,
8K0@*0
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: 5$L=l
K,L
template < typename T1, typename T2 > (uskVK>L
struct result_2 @If ^5s;z
{ Y+UM>
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; SFx|9$hXm
} ; UBvea(z-#
C.oC@P
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? u.L{3gkT
这个差事就留给了holder自己。 uO;_T/^u
T_*R^Ukb5
\-~TW4dYe
template < int Order > Uk|(VR9
class holder; nRlvW{p;
template <> zeG_H}[2&
class holder < 1 > D "9Hv3
{ gl~>MasV&
public : .l(t\BfE~
template < typename T > Ud[Zv?tA:
struct result_1 "] 0sR
{ BX=YS)
typedef T & result; F~tT5?+
} ; SN/
e41
template < typename T1, typename T2 > |]8Hh>
struct result_2 Pn|*(sTl
{ beCTOmC
typedef T1 & result; ~]&,v|g&
} ; l
d4#jV ei
template < typename T > -<Zs7(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const S 8$kxQg
{ a+Z95~*sZ"
return (T & )r; W_ hckq.
} dwAFJhgh
template < typename T1, typename T2 > KM;'MlO
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 7BDRA},o
{ ?XNQ_m8f
return (T1 & )r1; *iVCHQ~
} L#^'9v}Hb
} ; L+o"<LV]
`$odxo+
template <> 1"5-doo
class holder < 2 > R"`7aa6
{ wa*/Am9;~
public : \$]
V#@F
template < typename T > ow{Ss X
struct result_1 O>j_x W]V
{ kLw07&H
typedef T & result; WfDpeXdO
} ; {Ex*8sU%p%
template < typename T1, typename T2 > %t:pG}A>:C
struct result_2 xVn"xk
{ -$js5Gx1
typedef T2 & result; 0+P<1ui
} ; >u:t2DxE
template < typename T > Q(\U'|%J
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 8NRc+@f|m
{ <p74U( V
return (T & )r; !K~:crUV|S
} }+fMYgw
template < typename T1, typename T2 > R|Lr@k{6+r
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 05cyWg9a
{ v8>?,N#
return (T2 & )r2; ~\^h;A'3
} r-];@
} ; VaIFE~>E&
&