一. 什么是Lambda whI4@#
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 I(6%'s2
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, /qQx~doK
|6AR!
ic G 9x
P}6#s'07~
class filler Dk\%,[4(
{ IQBL;=.J.
public : &^ERaPynd
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} B}
qRz
} ; (CQ! &Z8
m]DP{-s4
{JWixbA
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: T)tr"<F5NP
[)`*k#.=
yK{P%oh)
RlfI]uCDM
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); {r&r^!K;
&wNr2PHd#
cJSNV*<
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 W@}@5,}f>
6UIS4_
X[J<OTj`$
eGMw:H
二. 战前分析 -dMH>e0
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。 CQ!D{o=
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 nu^@}|UG
lR?1,yLp
_3
!s{
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Z@q1&}D!
/* --------------------------------------------- */ )+FnwW
vector < int *> vp( 10 ); <_/etw86Z
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); f?.}S]u5
/* --------------------------------------------- */ 5+GTK)D
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); @!$xSH
/* --------------------------------------------- */ 2-S}#S}2C
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); #8d#Jw
/* --------------------------------------------- */ S> Fb'rJ3
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); k1[`2k:Hk
/* --------------------------------------------- */ e,XT(KY
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Q*1Avy6]
NiG&Lw*8
pTAm}
?r;F'%N=
看了之后,我们可以思考一些问题: K*~xy bA
1._1, _2是什么? c'$y_]
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。 8?~>FLWTXZ
2._1 = 1是在做什么? a[t"J*0
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。 V xN!Ki=
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。 i@{b+5$
#~Kno@
j\#)'>"
三. 动工 C4E* q3[Y
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: O-AC$C[d
aeMj4|{\
]_ LAy
h<IAHCz;(
template < typename T > ; 180ct4
class assignment =>*}qen
{ _bh$
t
T value; p7},ymQ|YQ
public : 7\dt<VV
assignment( const T & v) : value(v) {} Sn97DCdk
template < typename T2 > "dG*HKrr
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 6\h*SBI?(
} ; :CM2kh"Iu
$1X!Ecq_
m[ S1
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Y}vV.q
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment `34+~;;Jh
+o.#']}Pl
0>,i]
|Y
Kj"n
Id)
class holder iR4"I7J
{ o/U}G,|G
public : ='#7yVVcs
template < typename T > ?zo7.R-Vac
assignment < T > operator = ( const T & t) const }m!T~XR</
{ x}C$/ 7^
return assignment < T > (t); (>Sy,
} 1\jj3Y'i'
} ; JpQV7}$
lfoPFJ
Z
X56.Y.
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: &Ai+t2
6_EfOD9
static holder _1; %AMF6l[
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 *eAt '
d.sn D)X
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); a/d8_(0
而不用手动写一个函数对象。 X?8bb! g%Q
(!ud"A|ab4
i;2V
B(@uJ^N
四. 问题分析 qE^u{S4Z@
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。 8LtkP&Wx
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。 Lz-(1~o
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Or1ikI"
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 <t *3w
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Y
Odwd}M
-z/>W+k
五. 问题1:一致性 xG%O^
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?| 6.v)q,JL
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 e~G IUwJ
K>+c2;t;
struct holder En+`ZcA\z
{ &>@EfW](
// YZ0Q?7l7
template < typename T > e<{Ani0
T & operator ()( const T & r) const bmC{d
{ c5Hm94,p
return (T & )r; ()$tP3o
} Nrp1`qY
} ; #w[Ie+
!"^//2N+,
这样的话assignment也必须相应改动: _'r&'s;<z
grCz@i
template < typename Left, typename Right > ~
Q;qRx
class assignment mVyF M -`
{ K30{Fcb< h
Left l; %xwdH4_
Right r; SR'u*u!
public : 9<!Ie^o?
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Xpf:I
template < typename T2 > pL'+sW
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } SxRa?5
} ; p?sC</R
,dk!hm u
同时,holder的operator=也需要改动: .{#J2}+[_}
20RI S j
template < typename T > RC]-9gd3Q
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const
Hn,;G`{
{ ^&8xfI6?
return assignment < holder, T > ( * this , t); w`K=J!5y2g
} [Gb8o'
r`CsR0[
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。 OM7EmMa;
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 u"1Zv!
)KD*G;<O]L
return l(rhs) = r; 39,7N2 uY
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。 |`6*~ciUV
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: H(j983
0W>,RR)
template < typename Tp > ?,x3*'-(
class constant_t }EWPLJA
{ kEM|;&=_
const Tp t; uY|-: =
public : =ET |h}I
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} PzDekyl
template < typename T > !@kwHJkv
const Tp & operator ()( const T & r) const (\NZ)Ys
{ OAZ5I)D>
return t; <MBpV^Y}
} -eoXaP{[
} ; a{7'qmN1
V17SJSC-
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 $4&e{fLt|v
下面就可以修改holder的operator=了 2i_k$-
u IGeSd5B
template < typename T > =6:>C9
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const $Q< >MB7
{ <C,lHt
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); -}9a%
} j]'7"b5
^8eu+E.{
同时也要修改assignment的operator() avo[~ `.
1US4:6xX_
template < typename T2 > j LG
Q^v"
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } a$ FO5%o
现在代码看起来就很一致了。 K_sHZ
V
t@]
六. 问题2:链式操作 y d4\%%]
现在让我们来看看如何处理链式操作。 z<9wh2*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。 bs=x>F
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。 fTg^~XmJ
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。 +GqUI~a
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct hMvLx>q3)
YRm6~c
template < typename T > E1-BB
struct result_1 y)e8pPDG
{ ]3iQpL
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; V*w~Sr%
} ; G :JQ_w
48Z0aA~+
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: CDU$Gi
9(
"<NB0y
template < typename T > (TJ )Y7E
struct ref dGY:?mf&
{ Y(3X5v?[
typedef T & reference; ^TF71uo
} ; =9AX\2w*H;
template < typename T > soXIPf
struct ref < T &> 2/m4|
{ hYS}PE
typedef T & reference; (B:+md\Q
} ; ^>ICycJ
sw^4h`^'
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 9#X"m,SB
\=NS@_t,
template < typename T > {N2MskK
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 84}Pu%
{ 78fFAN`
return l(t) = r(t); \&Zp/;n
} --chU5
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 +1o4l i
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 T>2_ r6;
`8sC>)lrwu
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 kI|7o>}<
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: /pS Y ~*
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Qt`;+N(
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 `!A<XiAOmM
最后的布局是: &<RK=e'*x
Add 1r LK1X
/ \ Q^k\q
Divide 5 "|KhqV=?v
/ \ (AI
4a+
_1 3 g`9`/
似乎一切都解决了?不。 z+(V2?xcvt
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 J70r`
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 |b'}.(/3i
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: rZSD)I
0c6Ea>S[
template < typename Right > GI _.[
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const }s++^uX6
Right & rt) const !5XH.DYq!
{ g/f^|:
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); R Q2DTQ-$
} 3JJEj1O
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 @zGz8IF
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。 =)mA.j}E2
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。 O=E?m=FR"
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。 ,z0~VS:g 8
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。 'YTSakNJ}
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? mx3p/p
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: ZD;1{
x@*!MC#
template < class Action > J=sj+:GS
class picker : public Action _ ,~D]JYE
{ mo()l8
public : /fDXO;tN
picker( const Action & act) : Action(act) {} f~?4
// all the operator overloaded ')#!M\1,HQ
} ; xh`4s
UOYhz.
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。
V
krjs0
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: gHmy?+)
VSLi{=#
template < typename Right > &~{0@/
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const I:Q3r"1
{ cfhiZ~."T
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); !l5&