一. 什么是Lambda }tx~y-QQ
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 h=4m2m
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, d"5:/Mo
7G%`ziZ
g@nk0lQewj
u[ s+YGS
class filler c.&vWmLSGE
{ .6$ST Ksr
public : ` M4;aN
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} `"(7)T{
} ; KfWVz*DC!
wGISb\rr
z]P |%
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: =q[3/'2V$?
&.7\{q\(
sNX$ =<E
i>,5b1x~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); [Bpgb57En
<`|}bt
3QUe:8
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ~z|/t^
l*'jqR')h^
FAE>N-brQ
.Ji
r<"*<
二. 战前分析 (: ZOoL
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。 -zc9=n<5
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 30<dEoF
{,s:vPoiA
W11_MTIU
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); !k<+-Lf:2
/* --------------------------------------------- */ Jz%&-e3
vector < int *> vp( 10 ); O%c6 vp7
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); x:l`e:`y9
/* --------------------------------------------- */ gdCU1D\
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); SfL,_X]*
/* --------------------------------------------- */ i7fpl
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); G =< KAJ
/* --------------------------------------------- */ N.-Ryj&9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); YT:<AJm
/* --------------------------------------------- */ T_Y 6AII
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); $(zJ
qM1$?U
zo\XuoZ
fG,qax`:c
看了之后,我们可以思考一些问题: aL=VNZ!Pqc
1._1, _2是什么? C|!E'8Rw
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。 9wWjl}%
2._1 = 1是在做什么? MQG$J!N
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 2_F`ILCML
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 8sbS7*#
*$l8H[
O]2h=M@q.
三. 动工 ^`dp!1.+
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: },f7I^s|
)YnB6@=nyk
~^5uOeTZ~
o9eK7*D
template < typename T >
dc5B#
class assignment MESQAsx%
{ t}oxHEa V
T value; BO
h
public : CWDo_g$
assignment( const T & v) : value(v) {} ;TW@{re
template < typename T2 > 41C=O@9m
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ~RMOEH.o
} ; ;w6\r!O,
uP*>-s'm
S3oU7*OZ
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 foJ|Q\Z,T
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment <B``/EX^
j5/H#_.
*aT!|;
{u5)zVYC,U
class holder &<> A
{ (8EZ,V:
public : 6"=e+V@
template < typename T > mV4} -
assignment < T > operator = ( const T & t) const f,uxoAS
{ Fvv6<E
return assignment < T > (t); (PB|.`_<H
} [Q$"+@jw
} ; ipyO&v
ER|5_
SZ1C38bd,.
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ,Y5+UzE@
v~xG*e
static holder _1; lq9c2xK
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 #Gg^fm
~&qe"0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); My1E@<
而不用手动写一个函数对象。 8t7hN?,t
O;zW'*c+
~_oTEXT^O
0loC^\f
四. 问题分析 sy#Gb#=#
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 xFvSQ`sp
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 Wx-{F
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ?O3G
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 [+%*s3`c#
下面我们可以对这几个问题进行分析。 u*U?VZ5
Fd91Y
五. 问题1:一致性 '1{~y3
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| .9E`x>C
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Iq52rI}
iN)@Cu7
struct holder v0y7N_U5n
{ SVpe^iQ]1\
// +u
Lu.-N
template < typename T > :V"}"{(6
T & operator ()( const T & r) const duqu}*Jw
{ jBQQ?cA
return (T & )r; uI%[1`2N-
} t3WlVUtq3
} ; h '}5"m
4EELaP|%
这样的话assignment也必须相应改动: DUtpd|
W%wS+3Q/
template < typename Left, typename Right > %DN&K
class assignment ,=ICSS~9l
{ ,yT4(cMBk?
Left l; vB,N6~r>
Right r; AsLAm#zq
public : vrbS-Z<S9
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} YnMph0\Y^
template < typename T2 > PM|K*,3J
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } BAPi<U'D
} ; f(C0&"4e
z~W@`'f
同时,holder的operator=也需要改动: #8RQ7|7b|
N8vWwN[3
template < typename T > {P]l{W@li
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const {L+?n*;CA
{ s 2$R2,
return assignment < holder, T > ( * this , t); x}roPhZ
} ,aN/``j=
kz&)a>aA
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。 QL)UPf>Kp
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 }l/md/C0
]juXm1)>W1
return l(rhs) = r; mkWIJH
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。 N7E[wOP
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: &x;nP 6mV
ZNUV Bi
template < typename Tp > ve.4""\a
class constant_t XJlun l)(K
{ *yf+5q4t
const Tp t; \<PW_'6
public :
V`%m~#Me
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} D( _aXy
template < typename T > |%tR#!&[:g
const Tp & operator ()( const T & r) const @wg*~"d
{ ;6]+/e7O
return t; *s!8BwiE
} n8iN/Y<%U
} ; 9+/<[w7
X+*| nvq]
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 mr/^lnO
下面就可以修改holder的operator=了 KomF)KQ2r
tVe*J@i\$
template < typename T > N\vc<Zpn
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const e8[*=&
{ Yd,*LYd2EL
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); R=IeAuZR4k
} ,og@}gOMB
+28FB[W
同时也要修改assignment的operator() x3vz4m[
@^P=jXi<
template < typename T2 > W=|B3}C?
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } -_2=NA?t
现在代码看起来就很一致了。 IUZsLNW
q<7Nz]Td
六. 问题2:链式操作 LAr6J
现在让我们来看看如何处理链式操作。 O@ "6)/
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。 8en85
pp8P
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。 Ek4aC3
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。 MVTU$
65
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ;[6u79;I
zcA"\
template < typename T > H_$"]iQ
struct result_1 7lh%\
{ 7?kvrIuY&
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; :Z/ig%
} ; qV(Plt%
lh5k@\X
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: Dm5UQe
sd=i!r)ya
template < typename T > #cApk
struct ref ;/YSQt)rc>
{ IP~g7`Y
typedef T & reference; m=n
V$H
} ; }b+=, Sc"
template < typename T > M"P$hb'F
struct ref < T &> BgE]xm
{ eR3!P8t
typedef T & reference; ,>Yz1P)L
} ; U2K>\/ -~
|_ ;-~bmb
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: CqF<
BE
@4&sL] (q
template < typename T > GHoPv-#
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 6%5A&&O(b
{ gsAcn
return l(t) = r(t); 'r'uR5jR
} m@yaF:
R
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 >w
V$az
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Bg34YmZ
]P 2M
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 @ VJr0
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: AA@J~qd
u
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 PAqziq.
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 mDo]5 i<
最后的布局是: ]5}
=r
Add {9)LHX7dN
/ \ |_2O:7qe
Divide 5 kKCkjA:o##
/ \ ) .#,1
_1 3 8rw;Yo<k
似乎一切都解决了?不。 2O4UytN
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。 IoA"e@~t
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。 :yw0-]/DD
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: Vg2s~ce{
;B
tRDKn
template < typename Right > Kr8p:$D};
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ;;UvK
v
Right & rt) const o6svSS
{ .'SM|r$
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); )L^WD$"'Q
} uD<*g(R
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Q%@l`V)Rs
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 F!.@1Fi1
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 F[Peil+|`
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 2< ^B]N
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 v6iV#yz3(
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? jb77uH_
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: ZLBfQ+pM)
#E*jX-JT
template < class Action > 3``$yWWg
class picker : public Action *USZ2|i
{ }Z2Y>raA\
public : nfl6`)oW
picker( const Action & act) : Action(act) {} I_N"mnn@Nr
// all the operator overloaded m3.d!~U\
} ; :#b[gWl0Ru
l HZf'P_Wx
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。 oXfLNe6>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: ,TP^i 0
AvhmN5O=
template < typename Right > U4M!RdG
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const t?{E_70W
{ Jw9|I)H
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); [L9e.n1
} {s4:V=J
CJ
KFNa
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 6`F_js.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。 !)
LMn
1\_4# @')
template < typename T > struct picker_maker 'ApWYt
{ U
= T[-(:H
typedef picker < constant_t < T > > result; YAd.i@^
} ; hm?-QVRPV
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ]vhh*
{ b Kv9F@
typedef picker < T > result; v-&^G3
} ; 5(TI2,4
TQYud'u/
下面总的结构就有了: yQ6{-:`)
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。 oZP:}= F
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。 c~z{/L
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 aRg-
rz
至此链式操作完美实现。 :6Bk<
;nSaZ$`5
[WC-EDO2lb
七. 问题3 e)>Z&e,3
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。 ;k!bv|>n
JFl@{6c
template < typename T1, typename T2 > rzY7f: '
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 3E:wyf)i"
{ T3+hxS
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); $UO7AHk
} ^vJ08gu_W
}Geip@Ot
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: A]ciox$AjW
pOGVD
template < typename T1, typename T2 > v!K%\h2A
struct result_2 &2#<6=}
{ V=\&eS4^"
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; My
Af~&Y+
} ; vQYd!DSh
N]} L*o&
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? ?Tt/,Hl?D
这个差事就留给了holder自己。 yz,ak+wp
{_KuztJGA
x>p=1(L
template < int Order > !Kd/
lDY
class holder; );7csh%
template <> hjaI&?w
class holder < 1 > $Y)|&,
{ auaFP-$`f
public : Oa
CkU
template < typename T > 4- N>#
struct result_1 Vr`UF0_3q
{ rOS fDv
typedef T & result; WcbJ4Ore
} ; <o^mQq&
template < typename T1, typename T2 > oI/@w
struct result_2 mWta B>f
{ }0}J
typedef T1 & result; V]`V3cy1+3
} ; $bD 3
template < typename T > &h8+-
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const Et# }XVCJ
{ 5H""_uw
return (T & )r; a}El!7RO0
} m-7^$
template < typename T1, typename T2 > 73 Tg{~
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const jKM-(s!(
{ 6EP5n
return (T1 & )r1; {;=+#QK/
} g6;O)b
} ; ukzXQe;l1
<),FI <~
template <> Q3_ia5 `O
class holder < 2 > _H<ur?G
{ UIIunA9
public : `{ou4H\
template < typename T > M@
! {m
struct result_1 3Akb|r
{ I]jVnQ>&
typedef T & result; eWW\m[k]}
} ; kG@1jMPtQ
template < typename T1, typename T2 > @;JT }R H-
struct result_2 `+k&]z$m
{ \ bd?
`."
typedef T2 & result; //_v"dqP{)
} ; 8.'%wOU@A
template < typename T > 52{jq18&
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const yngSD`b_P
{ `cMa Fc-y/
return (T & )r; : ,LX3,
} &HT
PeB
template < typename T1, typename T2 > Cq}LKiu
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const %(,JBa:G
{ Go+f0aig
return (T2 & )r2; y3))I\QT
} *-ZJF6
} ; pV:X_M6
h9 [ov)
$*`fn{2
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 ceyZ4M
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: Ag#p )
首先 assignment::operator(int, int)被调用: pV<18CaJ
<