一. 什么是Lambda 3I)~;>meo
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 g4K+AK
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, 'aSsyD!?<
[xS7ae
s~M4. 06P
+^.Yt0}
class filler umYsO.8
{ TdhfX {nk
public : TxrW69FV7
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} I
_nQTWcm
} ; W .a>K$
^y<^hKjV
v{u3[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: -hd
L.n@;*
o9kJ90{D=
3Y#Q'r?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); `3TR`,=
7B?Y.B
Lg:1zC
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 w$]G$e
kmQ:wf:
_c5@)I~
[2:d@=%.
二. 战前分析 ym;]3<I?I[
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。 l*CulVX
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 g2OnLEF]s
,@*5x'auK
]_KWN$pd
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); $LP(\T([
/* --------------------------------------------- */ _i=*0Q
vector < int *> vp( 10 ); eI8o#4nT
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); * #yF`_p
/* --------------------------------------------- */ K\xz|Gq
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); WowKq0sn
/* --------------------------------------------- */ `M@ESA(e
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); h ldZA
/* --------------------------------------------- */ xP8/1wd.
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 0h-NT\m
/* --------------------------------------------- */ &;Ncc,jb
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); O,$*`RZpx
z#{Y>.b
FZ*"^=)`G
I4Do$&9<D
看了之后,我们可以思考一些问题: CD1Ma8I8
1._1, _2是什么? SKG
U)Rn;
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Np\NStx2
2._1 = 1是在做什么? 3u@,OE
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 #}A"yo
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ~WrpJjI[
pte\1q[N
s_^`t+5
三. 动工 |d0X1(
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: F|%PiC,,qO
}Qo]~/
'5}hm1,
lMv6QL\>'
template < typename T > \VPw3
class assignment vfSPgUB)
{ ,='Ihi
T value; VL#:oyWA
public : z,Xj$wl
assignment( const T & v) : value(v) {} N"9^A^w8k
template < typename T2 > tI^91I
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ^-%'ItVO
} ; 8vx
ca]DcV
l;-2hZ
ZayJllaq^
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 |Iy;_8c
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ~/^fdGr
!(*&P
lDS y$
"rdpA[>L
class holder FM]clC;X?
{ enk`I$Xx
public : )xp3
ElH
template < typename T > /qdv zv%T
assignment < T > operator = ( const T & t) const Y[*.^l._
{ |s/)lA:9
return assignment < T > (t); ximVh}'a
} m2SJ\1 J=
} ; {OG1' m6=/
r1~W(r.x
`.@udfog^0
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: G}U <^]c
uQG|r)
static holder _1; lhM5a
\
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 S @[]znH
A6z2KVk
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); S{llpp{E
而不用手动写一个函数对象。 (XK,g;RoEn
w,hm_aDq
gY+d[3N
?;#Q3Y+
四. 问题分析 SX,$$43
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。 X#1WzWk'
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。 k7uX!}
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 %XR(K@V
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 0MpW!|E[b
下面我们可以对这几个问题进行分析。 #x 6/"Y2
Up
Z 9g"
五. 问题1:一致性 m{oe|UVcmr
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?| \: ZDY(>1
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 a3n
Wt
Aa-5k3:x]=
struct holder jd]L}%ax
{ v:lkvMq|=
// ",apO
template < typename T > 0}GO$%l
T & operator ()( const T & r) const )]n>.ZmLCB
{ g Cp`J(2v:
return (T & )r; o^@#pU <
} KXZG42w
} ; LYAGpcG
Fs>MFj
这样的话assignment也必须相应改动: [XPAI["
r@JMf)a]
template < typename Left, typename Right > Zzlt^#KLx
class assignment PE.UNo>o
{ S))B^).0-
Left l; *vQ 6LF;y
Right r; 1GA.c:
public : !- [ZQ
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} z<Z0/a2'1
template < typename T2 > '!$QI@@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } uj;iE
9
} ; p$F`9_bZ
:@p]~{m :G
同时,holder的operator=也需要改动: F=&,=r'Q8
w#2apaz
template < typename T > >'n[B
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const AK
lra$
{ -Tvnd,
return assignment < holder, T > ( * this , t); |Ja5O
} em7L`,
pPxgjX
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。 ZKW1HL ]m
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 0aq{Y7sYU
J+CGhk
return l(rhs) = r; foPM5+.G
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。 8-gl$h
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: lB2F09`
6r^ZMW
template < typename Tp > "[/W+&z[~
class constant_t (]k Q9}8
{ S#CaJ}M
const Tp t; ?i_2ueVR
public : Vuy%7H
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ((?"2 }1r
template < typename T > TlO=dLR7d
const Tp & operator ()( const T & r) const Obu 6k[BE.
{ =2*2$
return t; ;=0-B&+v
} P:J|![
} ; %-YWn`yEm
G;u 6p
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 3]iw3M
下面就可以修改holder的operator=了 ZT"vVX-)G
o^5UHFxTCB
template < typename T > uih8ZmRt
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const lhQMR(w^
{ `4ga~Ch
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Bd*Ok]
} ^69(V LK
TN Z-0
同时也要修改assignment的operator() Y8}y0]V
9k4z__K e
template < typename T2 > F)=<|,b1
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } %X}D(_
现在代码看起来就很一致了。 XiV*d06{
;Ym6ey0t
六. 问题2:链式操作 Za,o
现在让我们来看看如何处理链式操作。 H [M:iV
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。 E690'\)31
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。 3 p -SpUvp
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。 I+Y Z+
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct RYl{89
cEXd#TlY~X
template < typename T > ui"`c%2n
struct result_1 1C=42ZZ&2
{ gjiS+N[
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; EGRIhnED#
} ; "tb KbFn9
P;7[5HFF
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: p]e.E`'S
* W"Pv,:
template < typename T > xhCNiYJ|
struct ref qU&v50n
{ fyZtwl@6w#
typedef T & reference; dXWG`G_
} ; Oo!]{[}7
template < typename T > kQ[23
struct ref < T &> SXXO#
{ \HMuVg'Q
typedef T & reference; XThU+s9
} ; ?!tO'}?
*Qngx
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: %YuFw|wO
Ug[0l)
template < typename T > [ P*L`F
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 1JS5 LS
{ %}
return l(t) = r(t); pNHL &H\
} #VZ-gy4$\B
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 I_c?Ky8J_|
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Q>z(!'dw
(h&=Na~
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 )
[)1
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Qc Xw -
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 R{B5{~m>W@
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 !bW^G}
<t
最后的布局是: W9G jUswv!
Add 3;//o<
/ \ P=ubCS'
Divide 5 *EU1`q*
/ \ `y"a>gHC
_1 3 !}d_$U$
似乎一切都解决了?不。 Ngrj@_J
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。 S>[&]
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。 W
Emh
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: JFRbWQ0
U
d+6=Us{
template < typename Right > U,<?]h
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const DI :
Right & rt) const `'rvDaP
{ xM&`>`;^e
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 8P%Jky&(
} EBmkKiI;
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 L$]Y$yv
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。 w~AO;X*Ke"
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。 {FNCC*=
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。 yTWicW7i
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。
4f213h
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? }.A
\;FDyj
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: ) C#>@W
UJ)(Sw
template < class Action > p13y`sU=
class picker : public Action ^Y"|2 :
{ oPxh+|0?
public : C7l4X8\w
picker( const Action & act) : Action(act) {} }F_=.w0
// all the operator overloaded 7Zh#7jiZ`
} ; 9 KU3)%U
u~'j?K.^
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。 OV^?cA
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: tHJahK:"k
. N5$s2t
template < typename Right > SQdK`]4
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const FdxV#.BE
{ V4<f4|IL
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); "6WE6zq
} &