一. 什么是Lambda lA]u8+gXd
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ;3?M?E/$s
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, Pc(2'r@#
g|+G(~=e|
=
Oq;
t]@Zd*
class filler a"EQldm|d
{ 7=<PVJ*/
public : )Z;Y,g
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} $PTedJ}*Y
} ; lo(Ht=d
q7)$WXe2LM
NFa
;
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: jOuv\$
,F*e^#>
Vm.u3KE
J-QQ!qa0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); r2<+ =INn
4kz8U
q%y_<Fw#E
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 _Ng*K]0/E
nRo`O
)RkU='lB "
BT#>b@Xub
二. 战前分析 K9P"ncMt
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。 c]"B)I1L
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 T4#knSIlh
CX:^]wY
Lhc@*_2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); |knP
/* --------------------------------------------- */ Mb9q<4
vector < int *> vp( 10 ); yk5P/H)
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Xo*$|9[.
/* --------------------------------------------- */ )N6R#
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); njX:[_&
/* --------------------------------------------- */ z84W{!
P
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 'LOqGpmVc
/* --------------------------------------------- */ >4VU
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ,mX|TI<*
/* --------------------------------------------- */ = ;a4
Dp
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Pz)QOrrG~
N1Z8I:
IMR|a*=`c
`kv$B3
看了之后,我们可以思考一些问题: u}rot+)%
1._1, _2是什么? 3D.S[^s*
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。 Gu}x+hG
2._1 = 1是在做什么? nSow$6T_
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 e>>G4g
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 %~;Q_#CR/K
b c4x"]!
4GfLS.Ip
三. 动工 ]dK]a:S
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: PVU"oz&T
u20b+c4
uy9B8&Sr
tZYI{m{
template < typename T > z-gwNE{
class assignment GufP[|7b-
{ #rpqt{ml
T value; 5>@uEebkv]
public : >YBpB,WND
assignment( const T & v) : value(v) {} QO7:iSZJ
template < typename T2 > tN{t-xUgk
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } pu:D/2R2;k
} ; H|)1T-%
huoKr
u,akEvH~a
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 9i<-\w^$
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ?Bzi#Z
0GYEt
rc$!$~|I3Z
Vrj1$NL%
class holder P082.:q"
{ --twkD
public : hcgc
=$^
template < typename T >
`,Nn4
assignment < T > operator = ( const T & t) const ^B5cNEO
{ -p.*<y
return assignment < T > (t); f4I#a&DO
} DjzUH{6O
} ; '98h<(@]
G\+nWvV7
ewrWSffe
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: 6eT'[Umx
!1'-'Q@f
static holder _1; bjBeiKH
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 bfJ`}xl(8
HS:}![P
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); e4Ox`gLa*p
而不用手动写一个函数对象。 {*
j^g6;
%Sn 6*\z
'95E;RV&
T_x+sv=|X!
四. 问题分析 uUz`= 4%A
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。 %Lp7@
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。 >_`D3@Rz
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 T5azYdzJy
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 !wd'::C
下面我们可以对这几个问题进行分析。 hO/5>Zv?
XU_,Z/Yw_
五. 问题1:一致性 % R|"Afa=
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?| )4~sQ^}
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ,xYsH+ybA
7<:Wq=e!r
struct holder !(*a+ur&i
{ |[Ie.&)
// $%
Ci8p
template < typename T > ``$%L=_m
T & operator ()( const T & r) const Q)Iv_N/
{ hDljY!P>p
return (T & )r; )[^y
t0%
} *IWFeu7y
} ; #*$_S@
"J
pTE \/
这样的话assignment也必须相应改动: qByNHo7Tb
<!~1{`n%9J
template < typename Left, typename Right > $_RWd#Q(
class assignment VU! l50
{ DD!MGf/
Left l; Q1`<fD
Right r; I7dm \|#
public : Q(|PZng
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} h
`\$sT!Z
template < typename T2 > _8Nw D_"
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } f]tv`<Q7
} ; DS:>/m>)
B;Xoa,
同时,holder的operator=也需要改动: )MWUS;O<
[1{SY=)
template < typename T > =db'#m{$
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const b
, juF2
{ ,VNi_.W0
return assignment < holder, T > ( * this , t); ~;M)qR?]W
} w9RF2J
3CR@'
qG-
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。 3 p/b
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 DR:8oo&E
8Y2 xW`
return l(rhs) = r; B7!<{i
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。 X'fuF2owd
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 'yp>L|
Rn`ld@=p[
template < typename Tp > U|gpCy
class constant_t G'
Blp
{ \6{krn|
const Tp t; 1T ( u
public : v" }WP34
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} &V'519vmoZ
template < typename T > u!Xb?:3uj
const Tp & operator ()( const T & r) const pb!V|#u"
{ dj'm, k
b
return t; UMV)wy|j
} j'K38@M:MN
} ; f-;$0mTQ
N0i!l|G6
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 bS.s?a
下面就可以修改holder的operator=了 LL&ud_Y
/<);=&[
template < typename T > 9 Ycn0
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const HPg3`Ul
{ ^/HW$8wEi
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 0}{'C5
} E<>*(x/\e
"#yJHsu]
同时也要修改assignment的operator() ? B@E!/f
H{l)
template < typename T2 > &-%>qB|*
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } }GumpT$Xw
现在代码看起来就很一致了。 V
A<5uk04K
_A98
六. 问题2:链式操作 3iRA$C-p
现在让我们来看看如何处理链式操作。 O*[{z)M.
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 =-NiO@5o
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 +k.%PO0np
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 Xa," 'r
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct {%C*{,#+8q
Wy4$*$
template < typename T > {ox2Tg?
struct result_1 $<nCXVqL,
{ :IMdN}(L
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; OtJ\T/q,
} ; )[L^Dmd,
qH>`}/,P
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 'OkGReKt
lhH`dG D
template < typename T > >5hhd38
struct ref 'm3t|:nMU
{ ?YQPlv:<o.
typedef T & reference; `Out(Hn
} ; p8}(kHUp(
template < typename T > fpWg R4__
struct ref < T &> v>Lm;q(
{ Z(u5$<up
typedef T & reference; JhHWu<
} ; uR;gVO+QC
+k\Uf*wh
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: :s={[KBP
>j*;vG5T
template < typename T > oVvc?P
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const C NsNZJ
{ jN31hDg<z
return l(t) = r(t);
YZc>dE
} 5cJ!"
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。 \OILWQ[/
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 *\}}Bv+9
{q%Sx*k9[
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 #KxbM-1=
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: h!rM^
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 r]@0eb
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 oA] KE"T
最后的布局是: ;-P)m
Add =GlVc cc
/ \ \Ig68dFf%
Divide 5 3`E=#ff%
/ \ +mj*o(
_1 3 ^I8Esl8
似乎一切都解决了?不。 !p TJ./
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。 %nN `|\
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。 ?eH&'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: YHNR3
[^CV>RuO
template < typename Right > GSclK|#tE
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const r{\1wt
Right & rt) const :y*NM,s
{ 1"Z@Q`}
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); x:-.+C%
} 6+r$t#
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 S/|,u`g-
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 O[tvR:Nh
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 vgY3L
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 |4$M]M f0
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。 &'cL%.
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? r/pH_@
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: 'z76Sa
!cKz7?w
template < class Action > D\IjyZ-O
class picker : public Action S$KFf=0
{ DPi_O{W>
public : EY*(Bw
picker( const Action & act) : Action(act) {} Qt_dEl
// all the operator overloaded J>fQNW!{
} ; "KcA
%X#zj"
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 dJ$"l|$$
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: YK|bXSA[
dJ"iEb|4
template < typename Right > oIUy -|
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const @lJzr3}WZ
{ V_plq6z
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Gy=B&bo